BR102014001496A2 - method for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal, and system for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal - Google Patents

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Henri-Pierre Valero
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Abstract

método para caracterizar automaticamente um eco contido em um sinal ultrassônico, e sistema para caracterizar automaticamente um eco contido em um sinal ultrassônico. um método de exemplo para caracterizar automaticamente um eco contido em um sinal ultrassônico gerado com um transdutor ultrassônico pode incluir receber dados correspondendo ao sinal ultrassônico, calcular uma razão de energia do sinal ultrassônico e localizar o eco utilizando a razão de energia. 0 método pode incluir enquadrar uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado e calcular uma transformada fourier rápida (fft) e um envelope hilbert da porção enquadrada. 0 método pode incluir estimar m parâmetros de eco a partir da fft e envelope hilbert da porção enquadrada, onde cada dos m vetores de parâmetro inclui uma pluralidade de parâmetros de eco, calcular m modelos de eco de parâmetro com base em cada dos m vetores de parâmetro de eco e iterativamente minimizar uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos m modelos de eco paramétricos.method for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal, and system for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal. An example method for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal generated with an ultrasonic transducer may include receiving data corresponding to the ultrasonic signal, calculating an energy ratio of the ultrasonic signal, and locating the echo using the energy ratio. The method may include framing a portion of the ultrasonic signal around the localized echo and calculating a fast fourier transform (fft) and a hilbert envelope of the framed portion. The method may include estimating m echo parameters from the hilbert fft and envelope of the framed portion, where each of the m parameter vectors includes a plurality of echo parameters, calculating m parameter echo models based on each of the m vector vectors. echo parameter and iteratively minimize a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the m parametric echo models.

Description

MÉTODO PARA CARACTERIZAR AUTOMATICAMENTE UM ECO CONTIDO EM UM SINAL ULTRASSÔNICO, E SISTEMA PARA CARACTERIZAR AUTOMATICAMENTE UM ECO CONTIDO EM UM SINAL ULTRASSÔNICOMETHOD FOR AUTOMATICALLY CHARACTERIZING AN ECO IN A ULTRASONIC SIGNAL, AND SYSTEM FOR AUTOMATICALLY CHARACTERIZING AN ECO IN A ULTRASONIC SIGNAL

ANTECEDENTES [001] A avaliação não destrutiva ultrassônica (na sigla em inglês para non-destruotive evaluation, NDB) é uma tecnologia amplamente utilizada para avaliar propriedades quantitativas de superfícies desconhecidas, tal como espessura, formato e textura. Em métodos de eco-pulso ultrassônicos, ecos de dispersão refletida a partir da superfície contêm informações essenciais referentes às propriedades do refletor. Desse modo, é desejável extrair corretamente essas informações (por exemplo, em termos de amplitude, tempo de chegada e frequência central). Os parâmetros para tempo de chegada, amplitude e frequência central foram amplamente utilizados em aplicações ultrassônicas. Por exemplo, uma técnica na qual ecos de dispersão refletida são modelados como ecos Gaussianos sobrepostos corrompidos por ruído é conhecida na técnica. Adicionalmente, algoritmos a base de Maximização de Expectativa (na sigla em.. inglês para Expectation Maximization, EM) para estimar sinais ultrassônicos foram desenvolvidos. Algoritmos baseados em' EM utilizam o método Gauss-Newton ou o Levenbe rg-Marquat para conduzir uma busca de otimização que está sujeita ao perigo de aterragem e mínima local. [002] Para melhorar o sucesso dessas técnicas, uma suposição inicial apropriada deve ser feita para os parâmetros do eco sendo buscado. Em muitos casos, o eco a ser caracterizado é obscurecido por ruído ou uma linha de base ruidosa,, que torna difícil formar a suposição inicial. Em resposta, tem havido várias buscas centradas em torno de remoção de ruído de um sinal para facilitar caracterização mais fácil do eco. Uma porção significativa dessas iniciativas utilizam métodos estatísticos de primeira ordem como mediar (por exemplo, empilhar) para produzir uma estimativa de uma linha de base ruidosa que contamina um sinal. Métodos estatísticos de primeira ordem funcionam bem para estimar uma linha de bas^ quando a variância de tempos de chegada dos ecos em uma convergência é suficientemente grande (de tal modo que as chegadas de eco na convergência não coincidem). Entretanto, métodos estatísticos têm limitações quando as . chegadas de eÇo não seguem uma distribuição conhecida como métodos estatísticos da primeira ordem, e mesmo métodos estatísticos mais elaborados, são insuficientes para tratar do desafio.BACKGROUND [001] Non-destructive evaluation (NDB) is a widely used technology for evaluating quantitative properties of unknown surfaces such as thickness, shape and texture. In ultrasonic echo pulse methods, scattered echoes from the surface contain essential information regarding reflector properties. Thus, it is desirable to correctly extract this information (eg in terms of amplitude, arrival time and center frequency). The parameters for arrival time, amplitude and central frequency were widely used in ultrasonic applications. For example, a technique in which reflected scatter echoes are modeled as noise-corrupted overlapping Gaussian echoes is known in the art. Additionally, algorithms based on Expectation Maximization (.. for Expectation Maximization, EM) to estimate ultrasonic signals have been developed. EM-based algorithms use the Gauss-Newton or Levenbe rg-Marquat method to conduct an optimization search that is subject to landing hazard and minimal local. [002] To improve the success of these techniques, an appropriate initial assumption should be made for the echo parameters being sought. In many cases, the echo to be characterized is obscured by noise or a noisy baseline, which makes it difficult to form the initial assumption. In response, there have been several searches centered around noise removal from a signal to facilitate easier echo characterization. A significant portion of these initiatives use first-order statistical methods such as mediating (eg, stacking) to produce an estimate of a noisy baseline that contaminates a signal. First-order statistical methods work well to estimate a baseline when the variance of echo arrival times at a convergence is large enough (such that the echo arrivals at the convergence do not match). However, statistical methods have limitations when the. ECO arrivals do not follow a distribution known as first-order statistical methods, and even more elaborate statistical methods are insufficient to address the challenge.

SUMÁRIO [003] São descritos aqui sistemas, métodos e dispositivos para caracterizar automaticamente um ou mais ecos contidos em um sinal ultrassônico. O sinal ultrassônico pode ser gerado com um transdutor ultrassônico e refletido de uma formação antes de ser gravado pelo transdutor ultrassônico. Opcionalmente, os sistemas, métodos e dispositivos podem operar em um traço ultrassônico único para localizar automaticamente e acoplar um eco incorporado no sinal ultrassônico ruidoso. De acordo com as implementações descritas aqui, é possível construir suposições iniciais mais precisas de um ou mais parâmetros de eco, que melhora o desempenho e robustez de um algoritmo de inversão (por exemplo, o algoritmo de maximização de expectativa generalizada de alternar espaço (na sigla em inglês parã space alternating generalized expectation, SAGE)) utilizado para otimizar os parâmetros de eco. Os parâmetros de eco optidos por inversão podem ser então utilizados para gerar uma imagem, por exemplo, uma imagem da formação da qual o sinal ultrassônico é refletido. [004] Um método de exemplo para caracterizar automaticamente um eco contido em um sinal ultrassônico gerado com um transdutor ultrassônico pode incluir receber dados correspondendo ao sinal ultrassônico com o transdutor ultrassônico, calcular uma razão de energia do sinal ultrassônico e localizar o eco contido no sinal ultrassônico utilizando a razão de energia. O método também ode incluir enquadrar uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado e calcular uma Transformada Fourier Rápida (na sigla em inglês para Fast Fourier Transform, FFT) e um envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico. Além disso, o método pode incluir estimar M vetores de parâmetro de eco a partir da FFT e envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico, calcular M modelos de eco paramétricôs com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco e iterativamente minimizar uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos M modelos de eco paramétrico. Cada dos M vetores paramétricôs pode incluir uma pluralidade de parâmetros de eco. [005] Opcionalmente, a razão de energia do sinal ultrassônico pode ser calculada e o eco contido no sinal ultrassônico pode ser localizado utilizando a razão de energia por calcular uma função de razão de energia do sinal ultrassônico, onde a função (£«+i 10—..1 j / (i + a2 F,ota«), e identificar um &i=x-LEi/ valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico. O valor máximo pode corresponder a um local aproximado do eco contido no sinal ultrassônico. Na função de razão de energia acima, Ex ê energia em um dado ponto de dados, ax e a2 são fatores de ajuste de energia, L é um comprimento de j anela, Sf=*+i £* é energia de sinal, Ef'=x-i & energia de ruído e Etoml é energia total. [006] Alternativamente ou adicionalmente, a função de razão de energia do sinal ultrassônico pode ser calculada por inverter os dados correspondendo ao sinal ultrassônico de cabeça para cauda para cauda para cabeça, calcular a função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido e identificar um valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido. O valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico pode corresponder a um lado esquerdo de um primeiro eco contido no sinal ultrassônico, e o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido pode corresponder a um lado direito do primeiro eco contido no sinal ultrassônico. [007] Alternativamente ou adicionalmente. a função de razão de energia do sinal ultrassônico pode ser calculada por apurar os dados correspondendo ao sinal ultrassônico, calcular a função de razão de energia do sinal ultrassônico aparado e identificar um valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico apurado. O valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico pode corresponder a um lado esquerdo de um primeiro eco contido no sinal ultrassônico, e o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico aparado pode corresponder a um lado esquerdo de um segundo eco contido no sinal ultrassônico. [008] Opcionalmente, o comprimento de janela (na letra em f inglês para length, L) pode ser aproximadamente igual a s-f, n- onde s é um coeficiente de sintonização, fc é uma frequência central do sinal ultrassônico e fs é uma frequência de amostragem. [009] Alternativamente ou adicionalmente, uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado pode ser opcionalmente enquadrado por aplicar um afilamento metade-Hanning a dados que correspondem a um ou mais lados do sinal ultrassônico fora da porção enquadrada do sinal ultrassônico. [0010] Opcionalmente, uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos M modelos de eco paramétricôs pode ser iterativamente minimizada por executar pelo menos uma de uma otimização Gauss-Newton (GN), um algoritmo genético (na sigla em inglês para genetic algorithm, GA) e uma abordagem meta-heurlstica de otimização evolucionária. [0011] Alternativamente ou adicionalmente, os M modelos de eco paramétricôs podem ser calculados por calculcir M modelos de eco paramétrico com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco e a porção enquadrada do sinal ultrassônico, Além disso, uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos M modelos de eco paramétrico pode ser i t era t ivamente minimizada por determinar a pluralidade de parâmetros de eco para cada dos M vetores de parâmetro de eco tom base em cada dos M modelos de eco paramétrico, atualizar os M vetores de parâmetro de eco, determinar se os M vetores de parâmetro de eco atualizados convergem com os M vetores de parâmetro de eco e se a convergência não for obtida, calcular M modelos de eco paramétrico com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco atualizados e a porção enquadrada do sinal ultrassônico. O processo para iterativamente minimizar uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos M modelos de eco paramétricôs pode ser repetido até que se obtenha convergência. [0012] Além disso, o método pode incluir ainda opcionalmente filtrar os dados correspondendo ao sinal ultrassônico para remover pelo menos um componente de linha de base do sinal ultrassônico. [0013] Alternativamente ou adicionalmente, a pluralidade de parâmetros de eco pode incluir pelo menos um de um fator de largura de banda (a) , um tempo de chegada ( r) , uma frequência central (fc) , uma fase (φ) e uma amplitude (β) . Opcionalmente, o método pode incluir ainda gerar uma imagem utilizando a pluralidade de parâmetros de eco. [0014] Um sistema de exemplo para caracterizar automaticamente um eco contido em um sinal ultrassônico pode incluir um transdutor ultrassônico configurado para gerar e receber um sinal ultrassônico e uma unidade de controle incluindo pelo menos um processador e uma memória. O transdutor ultrassônico pode ser opcionalmente localizado em um furo. A unidade de controle pode ser configurada para receber dados correspondendo ao sinal ultrassônico a partir do transdutor ultrassônico, calcular uma razão de energia do sinal ultrássônico e localizar o eco contido no sinal ultrassônico utilizando a razão de energia. A unidade de controle pode ser adicionalmente configurada para enquadrar uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado e calcular uma FFT e um envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico. Além disso, a unidade de controle pode ser adicionalmente configurada para estimar M parâmetros de eco a partir da FFT e envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico, calcular M modelos de eco paramétricôs com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco e minimizar iterativamente uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos M .modelos de eco paramétricos. Cada dos M vetores de parâmetro pode incluir uma pluralidade de parâmetros de eco. [0015] Deve ser entendido que a matéria descrita acima pode ser também implementada como um aparelho controlado por computador, um sistema de computação ou um produto industrial, como um meio de armazenagem legível em computador. [0016] Outros sistemas, métodos, características e/ou vantagens serão ou podem se tornar evidentes para uma pessoa com conhecimentos na técnica após exame dos seguintes desenhos e descrição detalhada. Pretende-se que todos esses sistemas, métodos, características e/ou vantagens adicionais sejam incluídos nessa descrição. e sejam protegidos pelas reivindicações em anexo.SUMMARY [003] Systems, methods and devices for automatically characterizing one or more echoes contained in an ultrasonic signal are described herein. The ultrasonic signal may be generated with an ultrasonic transducer and reflected from a formation before being recorded by the ultrasonic transducer. Optionally, systems, methods and devices can operate in a single ultrasonic trace to automatically locate and couple an echo embedded in the noisy ultrasonic signal. According to the implementations described here, it is possible to build more accurate initial assumptions of one or more echo parameters, which improves the performance and robustness of an inversion algorithm (for example, the generalized space-shift expectation maximization algorithm (in space alternating generalized expectation (SAGE)) used to optimize echo parameters. Invert-chosen echo parameters can then be used to generate an image, for example an image of the formation from which the ultrasonic signal is reflected. An example method for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal generated with an ultrasonic transducer may include receiving data corresponding to the ultrasonic signal with the ultrasonic transducer, calculating an energy ratio of the ultrasonic signal, and locating the echo contained in the signal. using the energy ratio. The method may also include framing a portion of the ultrasonic signal around the localized echo and calculating a Fast Fourier Transform (FFT) and a Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal. In addition, the method may include estimating M echo parameter vectors from the FFT and Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal, calculating M parametric echo models based on each of the M echo parameter vectors, and iteratively minimizing a difference. between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the M parametric echo models. Each of the M parametric vectors may include a plurality of echo parameters. Optionally, the energy ratio of the ultrasonic signal can be calculated and the echo contained in the ultrasonic signal can be located using the energy ratio by calculating an energy ratio function of the ultrasonic signal, where the function (£ «+ i 10 - .. 1 j / (i + a2 F, ota «), and identify a & i = x-LEi / maximum value of the ultrasonic signal energy ratio function.The maximum value may correspond to an approximate location of the contained echo In the energy ratio function above, Ex is energy at a given data point, ax and a2 are energy adjustment factors, L is a window length, Sf = * + i £ * is energy of Ef '= xi & noise energy and Etoml is total energy. [006] Alternatively or additionally, the energy ratio function of the ultrasonic signal can be calculated by inverting the data corresponding to the head-to-tail ultrasonic signal to head, calculate the energy ratio function of the inverted ultrasonic signal and identify a maximum value of the energy ratio function of the inverted ultrasonic signal. The maximum value of the ultrasonic signal energy ratio function may correspond to a left side of a first echo contained in the ultrasonic signal, and the maximum value of the inverted ultrasonic signal energy ratio function may correspond to a right side of the first echo contained in the ultrasonic signal. Alternatively or additionally. The energy ratio function of the ultrasonic signal can be calculated by ascertaining the data corresponding to the ultrasonic signal, calculating the energy ratio function of the trimmed ultrasonic signal and identifying a maximum value of the energy ratio function of the verified ultrasonic signal. The maximum value of the energy ratio function of the ultrasonic signal may correspond to a left side of a first echo contained in the ultrasonic signal, and the maximum value of the energy ratio function of the trimmed ultrasonic signal may correspond to a left side of a second. echo contained in the ultrasonic signal. Optionally, the window length (in English for length, L) may be approximately equal to sf, n- where s is a tuning coefficient, fc is a central frequency of the ultrasonic signal and fs is a frequency. sampling Alternatively or additionally, a portion of the ultrasonic signal around the localized echo may be optionally framed by applying a half-Hanning taper to data corresponding to one or more sides of the ultrasonic signal outside the framed portion of the ultrasonic signal. Optionally, a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the M parametric echo models can be iteratively minimized by performing at least one of a Gauss-Newton (GN) optimization, a genetic algorithm. Genetic Algorithm, GA) and a meta-heuristic approach to evolutionary optimization. Alternatively or additionally, the M parametric echo models can be calculated by calculating M parametric echo models based on each of the M echo parameter vectors and the framed portion of the ultrasonic signal. In addition, a difference between the portion ultrasound signal and a sum of the M parametric echo models can be significantly minimized by determining the plurality of echo parameters for each of the M base echo tone parameter vectors in each of the M parametric echo models, updating the M echo parameter vectors, determine if the updated M echo parameter vectors converge with the M echo parameter vectors and if convergence is not obtained, calculate M parametric echo models based on each of the M echo parameter vectors. updated echo and the framed portion of the ultrasonic signal. The process for iteratively minimizing a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the M parametric echo models can be repeated until convergence is achieved. In addition, the method may optionally further include filtering the data corresponding to the ultrasonic signal to remove at least one baseline component of the ultrasonic signal. Alternatively or additionally, the plurality of echo parameters may include at least one of a bandwidth factor (a), an arrival time (r), a center frequency (fc), a phase (φ) and an amplitude (β). Optionally, the method may further include generating an image using the plurality of echo parameters. An example system for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal may include an ultrasonic transducer configured to generate and receive an ultrasonic signal and a control unit including at least one processor and memory. The ultrasonic transducer can optionally be located in a hole. The control unit can be configured to receive data corresponding to the ultrasonic signal from the ultrasonic transducer, calculate an energy ratio of the ultrasonic signal, and locate the echo contained in the ultrasonic signal using the energy ratio. The control unit may be further configured to frame a portion of the ultrasonic signal around the localized echo and calculate an FFT and a Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal. In addition, the control unit can be additionally configured to estimate M echo parameters from the FFT and Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal, calculate M parametric echo models based on each of the M echo parameter vectors, and minimize iteratively a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the parametric echo models. Each of the M parameter vectors may include a plurality of echo parameters. It should be understood that the subject matter described above may also be implemented as a computer controlled apparatus, a computer system or an industrial product, as a computer readable storage medium. Other systems, methods, features and / or advantages will or may become apparent to a person skilled in the art upon examination of the following drawings and detailed description. All such additional systems, methods, features and / or advantages are intended to be included in this description. and are protected by the appended claims.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0017] Os componentes nos desenhos não são necessariamente em escala em relação mútua. Numerais de referência similares designam partes correspondentes em todas as várias vistas. [0018] A figura 1 é um diagrama que ilustra uma configuração de pulso-eco de um transdutor ultrassônico com um sinal correspondente. [0019] As figuras 2A-2C são gráficos que ilustram sinais ultrassônicos de exemplo recebidos em um transdutor í. ultrassônico. [0020] As figuras 3A-3B são tabelas que ilustram o efeito de cada parâmetro (por exemplo, fator de largura de banda, tempo de chegada, frequência central, fase e amplitude) em uma forma de onda -parametrizada [0021] As figuras 4A-4E. são gráficos que ilustram uma forma de onda de pulso-eco de exemplo parametrizada utilizando uma ordem de modelo de dois (por exemplo, M = 2) . [0022] As figuras 5A-5D são gráficos que ilustram um sinal de pulso-eco de exemplo gravado em um furo e cálculos de razão de energia correspondentes. [0023] A figura 6 é um gráfico que ilustra o eco localizado no sinal de pulso-eco de exemplo mostrado na figura 5A. [0024] As figuras 7A-7D são gráficos que ilustram o -impacto de utilizar comprimentos de janela diferentes para a função de razão de energia. [0025] As figuras 8-10 são gráficos que ilustram uma pluralidade de técnicas de acoplamento de acordo com implementações discutidas aqui. [0026] A figura 11 é um gráfico que ilustra a FFT de uma porção enquadrada de um sinal ultrassônico de exemplo. [0027] A figura 12 é um fluxograma que ilustra operações de exemplo para caracterizar automaticamente um eco contido em um sinal ultrassônico. [0028] As figuras 13A-13G ilustram os resultados de parametrização de eco ultrassônico utilizando três ecos gaussianos em um traço único de dados de furo de exemplo. [0029] A figura 14 é um gráfico que ilustra uma vista ampliada da parametrização das figuras 13A-13F no interior da porção enquadrada do sinal ultrassônico. [0030] A figura 15A é um gráfico que ilustra um traço de exemplo contendo uma chegada de primeiro eco evidente. [0031] A figura 15B é um gráfico que ilustra um traço de exemplo sem uma chegada de primeiro eco evidente. [0032] A figura 16A é um gráfico que ilustra múltiplos sinais ultrassônicos medidos em um furo. [0033 ] A figura 16B é um gráfico que ilustra os ecos dos sinais ultrassônicos da figura 16A estimados pelo . processo de parametrização. [ 0034 ] A figura 16C é um gráfico que ilustra as porções dos sinais ultrassônicos medidos da figura 16A após remover os ecos extraídos da figura 16B. [0035] A figura 17A é um gráfico que ilustra resposta de campo livre de transdutor ultrassônico. [0036] A figura 17B é um gráfico que ilustra as respostas de pulso-eco observadas de 6 mm a 45 mm. [0037] As figuras 18A-18F são gráficos que ilustram a decomposição de um sinal ultrassônico. [0038] As figuras 19A-19C são gráficos que ilustram a comparação entre um eco verdadeiro produzic-o por conduzir uma parametrização utilizando uma ordem de modelo de 2(M=2) em traços registrados com um transdutor ultrassônico em 10 mm, 20 mm e 30 mm de equilíbrio. [0039] A figura 20 é um bloco de calcário utilizado em testes de imageamento de acordo com implementações discutidas aqui; e [0040] As figuras 21A-21D são os resultados de imageamento para filtração e parametrização, respectivamente.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The components in the drawings are not necessarily to scale in relation to each other. Similar reference numerals designate corresponding parts in all various views. Figure 1 is a diagram illustrating a pulse-echo configuration of an ultrasonic transducer with a corresponding signal. Figures 2A-2C are graphs illustrating exemplary ultrasonic signals received on a transducer. Ultrasonic. Figures 3A-3B are tables illustrating the effect of each parameter (for example, bandwidth factor, arrival time, center frequency, phase, and amplitude) on a parameterized waveform. 4A-4E. are graphs illustrating a sample pulse-echo waveform parameterized using a model order of two (for example, M = 2). Figures 5A-5D are graphs illustrating an example pulse echo signal recorded in a hole and corresponding energy ratio calculations. Fig. 6 is a graph illustrating the echo located at the example pulse-echo signal shown in Fig. 5A. Figures 7A-7D are graphs illustrating the impact of using different window lengths for the energy ratio function. Figures 8-10 are graphs illustrating a plurality of coupling techniques in accordance with implementations discussed herein. [0026] Figure 11 is a graph illustrating the FFT of a framed portion of an example ultrasonic signal. Figure 12 is a flowchart illustrating example operations for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal. Figures 13A-13G illustrate the results of ultrasonic echo parameterization using three Gaussian echoes in a single trace of sample hole data. Fig. 14 is a graph illustrating an enlarged view of the parameterization of Figs 13A-13F within the framed portion of the ultrasonic signal. Fig. 15A is a graph illustrating an example trace containing an evident first echo arrival. Figure 15B is a graph illustrating an example trace without an evident first echo arrival. Figure 16A is a graph illustrating multiple ultrasonic signals measured in a hole. Figure 16B is a graph illustrating the echoes of the ultrasonic signals of figure 16A estimated by. parameterization process. Fig. 16C is a graph illustrating the portions of the measured ultrasonic signals of Fig. 16A after removing the extracted echoes from Fig. 16B. Figure 17A is a graph illustrating free field response of ultrasonic transducer. Figure 17B is a graph illustrating the observed pulse-echo responses from 6 mm to 45 mm. Figures 18A-18F are graphs illustrating the decomposition of an ultrasonic signal. Figures 19A-19C are graphs illustrating the comparison between a true echo produced by conducting a parameterization using a model order of 2 (M = 2) on traces recorded with a 10 mm, 20 mm ultrasonic transducer. and 30 mm of balance. [0039] Figure 20 is a limestone block used in imaging tests according to implementations discussed herein; and Figures 21A-21D are the imaging results for filtration and parameterization, respectively.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0041] A menos que definido de outro modo, todos os termos técnicos e científicos utilizados aqui têm o mesmo significado como comumente entendido por uma pessoa com Conhecimentos comuns na técnica. Métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles descritos aqui podem ser utilizados ha prática ou teste da presente revelação. Como utilizado no relatório descritivo, e nas reivindicações apensas, as formas singulares "um", "uma", "o, a" incluem referentes no plural a menos que o contexto claramente determine de outro modo. O termõ "corapreendendo" e variações do mesmo como utilizado aqui é utilizado de forma sinônima com o termo "incluindo" e variações do mesmo e são termos abertos, não limitadores. Embora implementações sejam descritas para caracterizar automaticamente um eco em um sinal ultrassônico gerado e detectado por um transdutor ultrassônico disposto em um furo cheio de fluido, se tornará evidente para aqueles versados na técnica que as implementações não são limitadas às mesmas, porém são aplicáveis para caracterizar um eco em sinais ultrassônicos em outros ambientes.DETAILED DESCRIPTION Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Methods and materials similar to or equivalent to those described herein may be used in the practice or testing of the present disclosure. As used in the specification, and the appended claims, the singular forms "one", "one", "o, a" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. The term "understanding" and variations thereof as used herein is used synonymously with the term "including" and variations thereof and are open, non-limiting terms. Although implementations are described to automatically characterize an echo in an ultrasonic signal generated and detected by an ultrasonic transducer disposed in a fluid-filled bore, it will be apparent to those skilled in the art that implementations are not limited thereto but are applicable to characterize. an echo in ultrasonic signals in other environments.

Processamento de eco ultrassônico [0042] Com referência agora à figura 1, um diagrama ilustrando uma configuração de pulso-eco de um transdutor ultrassônico 102 com um sinal correspondente é . mostrado. O transdutor ultrassônico 102 pode ser opcionalmente uma ferramenta acústica proj etada para implantação em um furo cheio de fluido. A ferramenta acústica pode incluir opcionalmente uma pluralidade de transdutores ultrassônicos, por exemplo, a ferramenta acústica pode ser opcionalmente um sistema de antenas acústicas. O furo pode ser perfurado em uma formação 110 contendo um depósito de fluido desej ãvel como óleo ou gãs. O transdutor ultrassônico 102 pode ser, portanto utilizado para obter informações sobre a formação 110 como discutido em detalhe baixo. • transdutor ultrassônico 102 pode incluir um apoio 104, um elemento de cerâmica 106 e uma linha de retardo 108. O elemento de cerâmica 106 pode incluir um ou mais elementos piezoelétricôs. Quando um pulso de voltagem é aplicado a um elemento piezelétrico, o elemento piezelétrico transmite uma onda de pressão (por exemplo, uma onda ultras sônica) . Quando uma onda de pressão refletida ê interceptada por um elemento piezelétrico, o elemento piezelétrico converte a onda de pressão interceptada em um pulso de . voltagem. Adicionalmente, a linha de retardo 108 pode ser opcionalmente configurada para controlar o tempo de retardo do pulso ultrassônico transmitido ou recebido pelo elemento de cerâmica 106, minimizar dispersão de pulso ultrassônico, fornecer casamento de impedância entre o transmissor e receptor, etc. transdutores ultrassônicos são bem conhecidos na técnica e, portanto não são discutidos em detalhe adicional abaixo. [0043] Opcionalmente, o transdutor ultrassônico 102 pode operar em um modo de pulso-eco ou reflexo onde o transdutor ultrassônico 102 tanto emite um pulso ultrassônico como recebe o pulso ultrassônico refletido. Por exemplo, o pulso ultrassônico emitido pode deslocar através de um fluido 120 (por exemplo, agua ou lama) e pode refletir para fora da formação 110 antes de retornar ao transdutor ultrassônico 102. O sinal refletido pode ser capturado como uma voltagem elétrica medida. Tal medição é mencionada como um pulso-eco. O pulso-eco 13 OA-B é mostrado na figura 1. Deve ser entendido que o pulso-eco pode ser o resultado de reflexo para fora da interface de lama (por exemplo, um eco de interface de lama 130A) e/ou a formação 110 (por exemplo, um eco de formação 13 0B) . Adicionalmente, a amplitude do pulso-eco 13 0 A-B é afetada pela quantidade de gás presente na lama como mostrado na figura 1. Além disso, deve ser também entendido que o transdutor ultrassônico 102 pode medir o ruído de disparo 140. [0044] Medições de pulso-eco podem ser utilizadas para fins de imageamento, por exemplo, imagear a formação 110. A base para criar uma imagem vem de dois atributos medidos da forma de onda de pulso-eco adquirida - tempo de deslocamento e amplitude. Deve ser entendido que o tempo de deslocamento ê um período de tempo entre excitação (ou disparo) do transdutor ultrassônico 102 e recepção do eco ultrassônico refletido. O tempo de deslocamento pode ser diretamente correlacionado ao tamanho e formato do furo. Deve ser entendido que a amplitude do pulso ultrassônico refletido (por exemplo, a forma de onda de pulso-eco) pode ser utilizada para caracterizar a impedância acústica do fluido 120, bem como a formação 110, incluindo fraturas, textura, drusas, etc. opcionalmente, para extrair os atributos acima, um envelope Hilbert da forma de onda de pulso-eco pode ser calculado. A amplitude do pico máximo do envelope Hilbert e o local no qual o pico máximo ocorre correspondem respectivamente à amplitude e tempo de deslocamento do eco principal na forma de onda de pulso-eco. Como discutido em detalhe abaixo, o principio básico de extrair os atributos acima é complicado na prática efetiva. • transdutor ultrassônico 102 pode ser operativamente conectado a uma unidade de controle 150. Deve ser entendido que a unidade de controle 150 pode ser opcionalmente localizada acima, em e/ou abaixo da superfície da formação 110. Alternativamente ou adicionalmente, a unidade de controle 150 pode ser integrada com o transdutor ultrassônico 102 e disposta no furo. O transdutor ultrassônico 102 e a unidade de controle 15 0 podem ser conectados por um link de comunicação. Essa revelação considera o link de comunicação como qualquer link de comunicação apropriado. Por exemplo, um link de comunicação pode ser implementado por qualquer meio que facilite troca de dados entre o transdutor ultrassônico 102 e a unidade de controle 150 incluindo, porém não limitado a, links cabeados, sem fio e ópticos. A unidade de controle 150 pode opcionalmente ser configurada para controlar o transdutor ultrassônico 102, bem como receber, processar e armazenar dados acústicos (por exemplo, os dados acústicos detectados, coletados, gravados, etc., pelo transdutor ultrassônico 102) , Em sua configuração mais básica, a unidade de controle 150 inclui tipicamente pelo menos uma unidade de processamento e memória de sistema. Dependendo da configuração exata e tipo de unidade de controle 150, a memória de sistema pode ser volátil (como memória de acesso aleatório (na sigla em inglês para randotn Access memory, RAM) ) , não volátil (como memória somente de leitura (na sigla em inglês parâ read-only memory, ROM), memória flash, etc.), ou alguma combinação das duas. A unidade de processamento pode ser um processador programável padrão que executa operações aritméticas e lógicas necessárias para operação da unidade de controle 150. [0045] Por exemplo, a unidade de processamento pode ser configurada para executar código de programa codificado em meio legível em computador, tangível. Meio legível em computador se refere a qualquer meio que seja capaz de fornecer dados que fazem com que a unidade de controle 150 (isto é, uma máquina) opere em um modo específico. Vários meios legíveis em computador podem ser utilizados para fornecer instruções para a unidade de processamento para execução. Meios de gravação legíveis em computador, tangíveis de exemplo incluem, porém não são limitados a, um circuito integrado (por exemplo, disposição de porta programável em campo ou IC de aplicação específica), um disco rígido, um disco óptico, um disco magneto-óptico, um disco flexível, uma fita magnética, um meio de armazenagem hologrãfico, um dispositivo de estado sólidó, RAM, ROM, memória somente de leitura programável eletricamente apagável (na sigla em inglês para eletrically erasable progratn read-only memory, EEPROM), memória flash ou outra tecnologia de memória, CD-ROM, digital versatile disks (na sigla em inglês para Digital Versatíle Disks, DVD) , ou outra armazenagem óptica, cassetes magnéticos, fita magnética, armazenagem de disco magnético ou outros dispositivos de armazenagem magnética. [0046] Além disso, a unidade de controle 150 pode ter funcionalidade/características adicionais. Por exemplo, a unidade de controle 150 pode incluir armazenagem adicional como armazenagem removível e armazenagem não removível incluindo, porém não limitado a, fitas ou discos magnéticos ou ópticos. A unidade de controle 150 pode conter também conexão(ões) de rede que permitem que o dispositivo comunique com outros dispositivos. A unidade de controle 150 pode ter também dispositivo(s) de entrada como um teclado, mouse, tela sensível a toque, etc. Dispositivo(s) de saída como display, alto-falantes , impressora, etc., podem ser também incluídos. Os dispositivos adicionais podem ser conectados ao barramento para facilitar a comunicação de dados entre os componentes da unidade de controle 150. Todos esses dispositivos são bem conhecidos na técnica e não necessitam ser discutidos extensamente aqui. [0047] Com referência agora às figuras 2A-2C, gráficos que ilustram sinais ultrassônicos de exemplo recebidos em um transdutor ultrassônico são mostrados. O sinal ultrassônico é composto de dois componentes - uma linha de base e forma de onda de pulso-eco medida (por exemplo, a resposta de pulso-eco do refletor ou a resposta de pulso-eco). A linha de base inclui o pulso de excitação de transdutor e resposta bem como ruído, por exemplo, nas figuras 2A-2C, os sinais ultrassônicos são compostos de três regiões distintas: o pulso de excitação de transdutor ultrassônico que ocorre de aproximadamente 0 ps a 10 ps, seguido pela resposta de transdutor ultrassônico (por exemplo, apresentando um toque que. afila para baixo de 10 ps em diante), e finalmente, a resposta de pulso-eco do refletor em aproximadamente 30 ps. A figura 2A é um gráfico que ilustra o sinal ultrassônico produzido por um réfletor posicionado aproximadamente 10 mm a partir do transdutor ultrassônico. A figura 2B é um gráfico que ilustra o pulso-eco oculto na linha de base da figura 2A. A figura 2C é um gráfico que ilustra os sinais ultrassônicos produzidos por refletores posicionados aproximadamente 10 mm, 20 mm e 3 0 mm, respectivamente do transdutor ultrassônico. [0048] A amplitude e tempo de chegada da resposta de pulso-éco do refletor (por exemplo, a resposta de pulso-eco) podem ser extraídos por meio de envelope Hilbert. O tempo e amplitude do pico máximo do envelope Hilbert podem ser utilizados como os dois atributos da resposta de pulso-eco para fins de imageamento. Deve ser entendido que há certo grau de erro que existe . na leitura dos dois atributos a partir do envelope Hilbert devido ao toque que é inerte ao transdutor ultrassônico. A gravidade desse erro depende do tempo de chegada do eco de reflexo em relação ao toque do transdutor ultrassônico, onde chegadas mais cedo podem ser obscurecidas mais pelo toque inicial do transdutor ultrassônico. Â luz dos erros de atributo de amplitude e tempo de chegada introduzidos pelo toque do transdutor ultrassônico, é opcionalmente desejável remover essa linha de base de toque a partir do sinal ultrassônico adquirido. Todos os traços em uma convergência especifica serão contaminados com tal toque do transdutor. Para tratar das questões que se originam desse problema de linha de base de toque, uma técnica de parametrização, que é discutida em detalhe abaixo, pode ser utilizada.Ultrasonic Echo Processing Referring now to Figure 1, a diagram illustrating a pulse-echo configuration of an ultrasonic transducer 102 with a corresponding signal is. shown. The ultrasonic transducer 102 may optionally be an acoustic tool designed for implantation into a fluid filled bore. The acoustic tool may optionally include a plurality of ultrasonic transducers, for example, the acoustic tool may optionally be an acoustic antenna system. The hole may be drilled in a formation 110 containing a desirable fluid reservoir such as oil or gas. Ultrasonic transducer 102 may therefore be used to obtain information about formation 110 as discussed in detail below. Ultrasonic transducer 102 may include a bearing 104, a ceramic element 106 and a delay line 108. The ceramic element 106 may include one or more piezoelectric elements. When a voltage pulse is applied to a piezoelectric element, the piezoelectric element transmits a pressure wave (for example, an ultrasonic wave). When a reflected pressure wave is intercepted by a piezoelectric element, the piezoelectric element converts the intercepted pressure wave into a pulse of. voltage. Additionally, the delay line 108 may be optionally configured to control the ultrasonic pulse delay time transmitted or received by the ceramic element 106, to minimize ultrasonic pulse dispersion, to provide impedance matching between transmitter and receiver, etc. Ultrasonic transducers are well known in the art and therefore are not discussed in further detail below. Optionally, the ultrasonic transducer 102 may operate in a pulse-echo or reflex mode where the ultrasonic transducer 102 both emits an ultrasonic pulse and receives the reflected ultrasonic pulse. For example, the emitted ultrasonic pulse may travel through a fluid 120 (e.g., water or mud) and may reflect out of formation 110 before returning to the ultrasonic transducer 102. The reflected signal may be captured as a measured electrical voltage. Such a measurement is referred to as a pulse echo. Pulse echo 13 OA-B is shown in Figure 1. It should be understood that pulse echo may be the result of reflection outside the mud interface (for example, a mud interface 130A echo) and / or 110 (e.g., a training echo 130B). Additionally, the pulse-echo amplitude 130 AB is affected by the amount of gas present in the mud as shown in Figure 1. In addition, it should also be understood that the ultrasonic transducer 102 can measure trigger noise 140. [0044] Measurements Pulse echoes can be used for imaging purposes, for example, imagining formation 110. The basis for creating an image comes from two measured attributes of the acquired pulse echo waveform - travel time and amplitude. It should be understood that the displacement time is a period of time between excitation (or triggering) of the ultrasonic transducer 102 and reception of the reflected ultrasonic echo. Travel time can be directly correlated to hole size and shape. It should be understood that the amplitude of the reflected ultrasonic pulse (for example, the echo pulse waveform) can be used to characterize the acoustic impedance of fluid 120 as well as formation 110, including fractures, texture, druses, etc. optionally, to extract the above attributes, a Hilbert envelope of the pulse-echo waveform can be calculated. The maximum peak amplitude of the Hilbert envelope and the location at which the maximum peak occurs correspond respectively to the amplitude and displacement time of the main echo in the pulse-echo waveform. As discussed in detail below, the basic principle of extracting the above attributes is complicated in effective practice. • ultrasonic transducer 102 may be operatively connected to a control unit 150. It should be understood that the control unit 150 may optionally be located above, on and / or below the surface of the formation 110. Alternatively or additionally, the control unit 150 It can be integrated with the ultrasonic transducer 102 and arranged in the hole. The ultrasonic transducer 102 and the control unit 150 may be connected by a communication link. This disclosure considers the communication link to be any appropriate communication link. For example, a communication link may be implemented by any means that facilitates data exchange between the ultrasonic transducer 102 and the control unit 150 including, but not limited to, wired, wireless, and optical links. The control unit 150 may optionally be configured to control the ultrasonic transducer 102 as well as receive, process and store acoustic data (for example, acoustic data detected, collected, recorded, etc. by the ultrasonic transducer 102). more basic, control unit 150 typically includes at least one processing unit and system memory. Depending on the exact configuration and type of control unit 150, system memory may be volatile (such as random access memory (randotn Access memory, RAM)), nonvolatile (as read-only memory). para read-only memory, ROM), flash memory, etc.), or some combination of the two. The processing unit may be a standard programmable processor that performs arithmetic and logic operations required for control unit 150 operation. [0045] For example, the processing unit may be configured to execute computer-readable coded program code, tangible. Computer readable media refers to any medium that is capable of providing data that causes the control unit 150 (that is, a machine) to operate in a specific mode. Various computer readable media may be used to provide instructions to the processing unit for execution. Computer readable recording media, tangible for example, include, but are not limited to, an integrated circuit (eg, field-programmable port arrangement or application-specific IC), a hard disk, an optical disk, a magnetic disk, optical disk, a floppy disk, a magnetic tape, a holographic storage medium, a solid state device, RAM, ROM, electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), flash memory or other memory technology, CD-ROM, digital versatile disks (DVD), or other optical storage, magnetic cassettes, magnetic tape, magnetic disk storage, or other magnetic storage devices. In addition, the control unit 150 may have additional functionality / features. For example, control unit 150 may include additional storage such as removable storage and non-removable storage including, but not limited to, magnetic or optical tapes or discs. Control unit 150 may also contain network connection (s) that allow the device to communicate with other devices. Control unit 150 may also have input device (s) such as a keyboard, mouse, touch screen, etc. Output device (s) such as display, speakers, printer, etc. may also be included. Additional devices may be connected to the bus to facilitate data communication between control unit 150 components. All such devices are well known in the art and need not be discussed at length here. Referring now to Figures 2A-2C, graphs illustrating example ultrasonic signals received on an ultrasonic transducer are shown. The ultrasonic signal is made up of two components - a baseline and a measured pulse-echo waveform (for example, the reflector pulse-echo response or the pulse-echo response). Baseline includes the transducer excitation pulse and response as well as noise, for example, in Figures 2A-2C, the ultrasonic signals are composed of three distinct regions: the ultrasonic transducer excitation pulse that occurs from approximately 0 ps to 10 ps, followed by the ultrasonic transducer response (for example, showing a tapering tap down from 10 ps onwards), and finally, the reflector pulse-echo response by approximately 30 ps. Figure 2A is a graph illustrating the ultrasonic signal produced by a baffle positioned approximately 10 mm from the ultrasonic transducer. Figure 2B is a graph illustrating the hidden echo pulse at the baseline of Figure 2A. Figure 2C is a graph illustrating the ultrasonic signals produced by reflectors positioned approximately 10 mm, 20 mm and 30 mm, respectively from the ultrasonic transducer. The amplitude and arrival time of the reflector pulse-echo response (eg, the pulse-echo response) can be extracted by means of a Hilbert envelope. Hilbert envelope peak peak time and amplitude can be used as the two attributes of the pulse-echo response for imaging purposes. It must be understood that there is some degree of error that exists. reading the two attributes from the Hilbert envelope due to the touch that is inert to the ultrasonic transducer. The severity of this error depends on the time the reflex echo arrives in relation to the touch of the ultrasonic transducer, where earlier arrivals may be obscured further by the initial touch of the ultrasonic transducer. In light of the amplitude and arrival time attribute errors introduced by the touch of the ultrasonic transducer, it is optionally desirable to remove this touch baseline from the acquired ultrasonic signal. All traces at a specific convergence will be contaminated with such a transducer touch. To address the issues that arise from this touch baseline problem, a parameterization technique, which is discussed in detail below, can be used.

Parametrização [0049] A extração dos atributos de amplitude e tempo de chegada exatos é uma questão de detectar o primeiro pico na resposta de pulso-eco e o tempo correspondente no qual o primeiro pico ocorre. Quando a razão de sinal para ruído (na sigla em inglês para signal-to-noise ratio, SNR) é suficiente, a extração dos atributos de resposta de pulso-eco pode ser uma questão trivial, por exemplo, por meio de aplicar o envelope Hilbert. Entretanto, nos casos quando SNR suficiente não existe (por exemplo, na presença de um toque forte), os atributos de tempo de chegada e amplitude de resposta I de pulso-eco podem conter erros. [0050] Como discutido acima, para remover a linha de base a partir de um sinal ultrassônico para facilitar extração da resposta de pulso-eco a partir do sinal ultrassônico, técnicas estatísticas como mediar (ou empilhar) foram utilizadas para produzir uma estimativa da linha de base que está contaminando a resposta de pulso-eco. Técnicas estatísticas podem funcionar bem para estimar a linha de base quando a faixa de tempos de chegada dos ecos na convergência é suficientemente grande que os ecos não sobrepõem entre si. Para qualquer tipo de técnica estatística ser bem sucedida,, deve haver uma porção de um traço em algum lugar na convergência que não contém nenhuma linha de base, de outro modo a porção do sinal verdadeiro será adicionada à estimativa de linha de base. Essencialmente, o problema se manifesta quando as chegadas de eco não pertencem a uma distribuição conhecida. No caso de ferramentas de perfilagem durante perfuração {na sigla em inglês para logging-while-drilling, LWD) , a faixa de equilíbrio nominal é difícil controlar e tipicamente varia entre 0,4 polegada e 1,00 polegada. Devido a essa faixa de equilíbrio estreita, pode ser difícil efetivamente remover a linha de base utilizando técnicas estatísticas. [0051] Parametrização é uma técnica alternativa que pode ser utilizada para remover a resposta de pulso-eco a partir do sinal ultrassônico. Através de parametrização, as informações contidas em múltiplos traços não são confiadas, e em vez disso, somente um único traço de dados ultrassônicos pode ser opcionalmente utilizado. Adicionalmente, é possível quantificar e extrair características principais da resposta de pulso-eco (por exemplo, tempo de chegada, amplitude, fase, frequência central, e largura de banda) nos dados ultrassônicos diretamente no domínio de tempo. Isso é verdadeiro mesmo sob condições de ruído e sobreposição. Também é possível utilizar modelos modulares moldados customizados à resposta de pulso-eco que estão sendo buscados. Por fazer isso, um traço ultrassônico específico pode ser decomposto na resposta de pulso-eco e o residual, que contém a linha de base, de um único traço. Desse modo, o obstáculo de variâncias de equilíbrio baixas ê desviado. Além disso, o volume de dados que devem ser gravados pode ser reduzido. Parametrização pode ser visto como uma forma de compressão de dados de perda. No ambiente de fundo de poço, onde o tamanho de memória ê uma commodity escassa, a redução do volume de dados gravados permite a possibilidade de gravar dados por um período de tempo mais longo. Por exemplo, em vez de gravar um sinal de comprimento de traço 256, através de parametrização, a resposta de pulso-eco pode ser representada através de 5 parâmetros.Parameterization Extracting the exact amplitude and arrival time attributes is a matter of detecting the first peak in the pulse-echo response and the corresponding time at which the first peak occurs. When the signal-to-noise ratio (SNR) is sufficient, the extraction of pulse-echo response attributes can be a trivial matter, for example by applying the envelope. Hilbert However, in cases when sufficient SNR does not exist (for example, in the presence of a strong touch), the arrival time and pulse-echo response amplitude I attributes may contain errors. As discussed above, to remove the baseline from an ultrasonic signal to facilitate extraction of the pulse-echo response from the ultrasonic signal, statistical techniques such as mediating (or stacking) were used to produce an estimate of the line. that is contaminating the pulse-echo response. Statistical techniques can work well to estimate the baseline when the arrival time range of the convergence echoes is large enough that the echoes do not overlap with each other. For any kind of statistical technique to be successful, there must be a portion of a trace somewhere in the convergence that contains no baseline, otherwise the true signal portion will be added to the baseline estimate. Essentially, the problem manifests itself when echo arrivals do not belong to a known distribution. For logging-while-drilling (LWD) profiling tools, the nominal equilibrium range is difficult to control and typically ranges from 0.4 inch to 1.00 inch. Because of this narrow equilibrium range, it can be difficult to effectively remove the baseline using statistical techniques. Parameterization is an alternative technique that can be used to remove the pulse-echo response from the ultrasonic signal. Through parameterization, information contained in multiple traces is not trusted, and instead, only a single trace of ultrasonic data can be optionally used. Additionally, it is possible to quantify and extract key features of the pulse-echo response (eg arrival time, amplitude, phase, center frequency, and bandwidth) in ultrasonic data directly in the time domain. This is true even under noise and overlap conditions. It is also possible to use custom molded pulse-echo response molded models that are being sought. By doing so, a specific ultrasonic trace can be decomposed into the pulse-echo response and the baseline-containing residual of a single trace. In this way, the obstacle of low equilibrium variances is deflected. In addition, the amount of data that must be recorded may be reduced. Parameterization can be viewed as a form of loss data compression. In a downhole environment, where memory size is a scarce commodity, reducing the volume of recorded data allows for the possibility of recording data for a longer period of time. For example, instead of recording a trace length 256 signal by parameterization, the pulse-echo response can be represented by 5 parameters.

Modelo de Eco Gaussiano modelo de eco Gaussiano pode ser escolhido porque é bem adequado para caracterizar sinais ultrassônicos. Um único eco a partir de um refletor pode ser representado por meio de: (D [0052] que incorpora a forma de um envelope no formato Gaussiano. Os parâmetros de eco são armazenados em um vetor Θ, que ê composto de cinco variáveis: a fator de largura de banda (MHz2) r tempo de chegada (ps) fc frequência central (MHz) φ fase (rad) β amplitude (V) [0053] os valores do vetor de parâmetro Θ correspondem diretamente com as propriedades físicas do (refletor. O tempo de chegada τ se refere à distância a partir do refletor (por exemplo, a parede de furo) . a, o fator de largura de banda, ê a duração do eco no domínio de tempo. fc é um produto da frequência central do transdutor ultrassônico. A amplitude β e fase φ são responsáveis por impedância e tamanho e orientação (por exemplo, inclinação) para o refletor. A figura 3 é uma tabela que ilustra o efeito de cada parâmetro sobre a forma de onda parame triz ada.Gaussian Echo Model Gaussian echo model can be chosen because it is well suited for characterizing ultrasonic signals. A single echo from a reflector can be represented by: (D [0052] incorporating the shape of an Gaussian envelope. The echo parameters are stored in a vector Θ, which is composed of five variables: a bandwidth factor (MHz2) r arrival time (ps) fc center frequency (MHz) φ phase (rad) β amplitude (V) [0053] the values of the parameter vector Θ correspond directly to the physical properties of (reflector) The arrival time τ refers to the distance from the reflector (eg the hole wall) a, the bandwidth factor, is the echo duration in the time domain fc is a product of the center frequency. The amplitude β and phase responsáveis are responsible for impedance and size and orientation (eg, inclination) for the reflector.Figure 3 is a table illustrating the effect of each parameter on the paramed waveform.

Modelo de Observação de Um Eco Ultrassônico [0054] . Uma ondaleta gaussiana se presta bem à modelagem e aproximação de sinais ultrassônícos. O modçlo observado de um ünico eco ultrassônico incluindo ruído e outros artefatos pode ser representado como: x(t) = s(6?;t) +v(t) — cos(2nfc(t — r) + o) + v(£)· (2) [0055] onde s{0;t) é o eco ultrassônico e é responsável por ruído e erro . {por exemplo, o componente do sinal ultrassônico não abrangido na parametrização). [0056] O modelo de eco Gaussiano pode ser' estendido para aproximar ecos de complexidade maior através do princípio de sobreposição. Por exemplo, a aproximação de um pulso-eco, y(t), pode se tornar uma soma de M ecos Gaussianos sobrepostos como: j(t) *= Σ"=1<*μ;0 + (3) [0057] O vetor de parâmetro 0m define o formato e localização de cada eco individual. ' Como no caso de uma parametrização de eco única, v(t) é o residual que inclui ruído e erro de aproximação devido a complexidades que não podem ser incorporadas no modelo de uma ordem inferior. [0058] Com referência agora às figuras 4A-4E, gráficos ilustrando uma forma de onda de pulso-eco de exemplo parametrizada utilizando uma ordem de modelo de dois (por exemplo, M =2) são mostrados. Especificamente, as figuras 4A e 4B respectivamente ilustram os dois ecos gaussianos individuais 402 e 404 (por exemplo, o primeiro chegando em 26, 979 ps e o segundo em 32,0276 ps) . A forma de onda de pulso-eco original 406 (por exemplo, o sinal ultrassônico) ê ilustrado na figura 4E. como discutido aqui, o sinal ultrassônico são os dados registrados pelo transdutor ultrassônico. A soma dos dois ecos gaussianos individuais 4 02 e 4 04 produz a estimativa geral do eco que chega. Essa estimativa (ou reconstrução) 408 é mostrada em relação à forma de onda de pulso-eco original 406 na figura 4D. Na figura 4C, a diferença entre a reconstrução 408 e a forma de onda de pulso-eco original 406 que forma 0 restante 410 (por exemplo, v(t)) ê mostrada. O restante 410 inclui o segundo e terceiro ecos, que têm menos valor em parametrizar a resposta de pulso-eco porque ésses ecos contêm informações limitadas para imageamento. [0059] Por parametrização, . o sinal ultrassônico (por exemplo, a forma de onda de pulso-eco original 406 da figura 4E), que tem aproximadamente 5000 amostras em comprimento pode ser reduzido a uma descrição paramétrica utilizando duas ondinhas de eco Gaussiano, cada incluindo 5 elementos (isto é, 10 parâmetros no total) . A região onde o primeiro eco existe que é o ponto focal da parametrização, foi aproximada com menos de 2% de erro. Adicionalmente, também vale a pena observar a redução substancial no volume de dados que foi realizada onde a representação de 10 parâmetros do eco fornece uma redução de 50 vezes em volume de dados em comparação com a gravação original da primeira forma de onda de eco bruta (500 amostras) . A tabela 1 abaixo mostra os parâmetros estimados para os dois ecos gaussianos individuais 402 e 404 das figuras 4A e 4B. [0060] Tendo apresentado o construtor paramétrico fundamental (por exemplo, o modelo de eco Gaussiano) e a forma de sua implementação no modelo de observação geral de uma forma de onda de pulso-eco, a determinação dos parâmetros de modelo ótimo que. descrevem melhor a forma de onda do sinal ultrassônico são discutidas em detalhe abaixo. Para produzir uma estimativa do sinal ultrassônico, uma comparação pode ser feita entre os ecos descritos na parametrização e o eco ultrassônico de interesse na forma de onda. As alterações na estimação paramétrica na equação (1) acima (isto é, s (Θ; t) ) são regidas pelas observações no sinal de entrada x (por exemplo, o smal . registrado no transdutor ultrassônico). A transformação a partir do espaço de parâmetro para o espaço de sinal é não linear embora seja descrita por um modelo de eco Gaussiano empírico. Portanto, o processo de inversão é também não linear. Adicionalmente, a adaptação de um modelo empírico a dados reais ê obscurecida por ruído e toque, o que complica a estimação de parâmetros. [0061] Para tratar desse problema de estimação de parâmetro não .linear, uma estrutura de Estimação de Probabilidade máxima (na sigla em inglês para Maximum Likelihood Estimation, MLE) é fornecida abaixo. A MLE é encontrada por minimizar uma função objetiva compreendida dos dados observados x (por exemplo, o sinal ultrassônico) e os modelos de sinal paramétrico atuais (Θ) como: (4) [0062] O obj etivo ê minimizar a diferença entre os dados observados e a estimativa paramétrica. Ao computar a função objetiva, ê evidente que é não linear no vetor Θ. Devido a isso, o problema de otimização é estabelecido cômo um problema de quadrados mínimos não lineares não limitados (LS) porque não hã região limitada no vetor de parâmetro. [0063] Algoritmos para resolver problemas LS não limitados operam em um modo iterativo. Para iniciar, uma suposição inicial é feita para o vetor de parâmetro, e com cada iteração, o vetor de parâmetro é submetido a aperfeiçoamentos para minimizar a função objetiva. Quando a função objetiva atinge um mínimo, os parâmetros ótimos foram encontrados (por exemplo, um mínimo global) . Deve ser entendido que a mínima local pode existir e dependendo da suposição inicial, o algoritmo pode ficar retido em uma dessas mínimas locais, resultando em uma solução subótima. Portanto, é desejável determinar os parâmetros iniciais para assegurar convergência ótima.Observation Model of an Ultrasonic Echo [0054]. A Gaussian wavelet lends itself well to modeling and approximating ultrasonic signals. The observed modulus of a single ultrasonic echo including noise and other artifacts can be represented as: x (t) = s (6?; T) + v (t) - cos (2nfc (t - r) + o) + v ( £) · (2) where s {0; t) is the ultrasonic echo and is responsible for noise and error. (for example, the ultrasonic signal component not covered in the parameterization). The Gaussian echo model can be extended to approximate echoes of greater complexity through the overlapping principle. For example, the approximation of an echo pulse, y (t), can become a sum of M overlapping Gaussian echoes as: j (t) * = Σ "= 1 <* μ; 0 + (3) [0057] Parameter vector 0m defines the shape and location of each individual echo.'As with a single echo parameterization, v (t) is the residual that includes noise and approximation error due to complexities that cannot be incorporated into the model. [0058] Referring now to Figures 4A-4E, graphs illustrating an example pulse-echo waveform parameterized using a model order of two (for example, M = 2) are shown. Figures 4A and 4B respectively illustrate the two individual Gaussian echoes 402 and 404 (for example, the first arriving at 26,979 ps and the second at 32,0276 ps.) The original pulse-echo waveform 406 (e.g. , the ultrasonic signal) is illustrated in Figure 4. As discussed here, the ultrasonic signal is the data recorded by the Ultrasonic transducer The sum of the two individual Gaussian echoes 4 02 and 4 04 produces the overall estimate of the incoming echo. This estimate (or reconstruction) 408 is shown relative to the original pulse-echo waveform 406 in Figure 4D. In Figure 4C, the difference between the reconstruction 408 and the original pulse-echo waveform 406 forming the remainder 410 (e.g., v (t)) is shown. The remainder 410 includes the second and third echoes, which have less value in parameterizing the pulse-echo response because those echoes contain limited information for imaging. By parameterization,. The ultrasonic signal (for example, the original pulse-echo waveform 406 of Figure 4E), which is approximately 5000 samples long, can be reduced to a parametric description using two Gaussian echo ripples, each including 5 elements (ie. , 10 parameters in total). The region where the first echo exists, which is the focal point of the parameterization, was approximated with less than 2% error. Additionally, it is also worth noting the substantial reduction in data volume that was realized where the 10 echo parameter representation provides a 50-fold reduction in data volume compared to the original recording of the first raw echo waveform ( 500 samples). Table 1 below shows the estimated parameters for the two individual Gaussian echoes 402 and 404 of Figures 4A and 4B. Having presented the parametric parametric constructor (for example, the Gaussian echo model) and the form of its implementation in the general observation model of a pulse-echo waveform, the determination of the optimal model parameters is. best describing the ultrasonic signal waveform are discussed in detail below. To produce an estimate of the ultrasonic signal, a comparison can be made between the echoes described in the parameterization and the ultrasonic echo of interest in the waveform. Changes in the parametric estimation in equation (1) above (that is, s (Θ; t)) are governed by observations on the input signal x (for example, the signal recorded in the ultrasonic transducer). The transformation from parameter space to signal space is nonlinear although it is described by an empirical Gaussian echo model. Therefore, the inversion process is also nonlinear. Additionally, the adaptation of an empirical model to real data is obscured by noise and touch, which complicates parameter estimation. To address this nonlinear parameter estimation problem, a Maximum Likelihood Estimation (MLE) framework is provided below. MLE is found by minimizing an objective function comprised of the observed data x (eg, the ultrasonic signal) and current parametric signal models (Θ) such as: (4) [0062] The objective is to minimize the difference between the data. observed and the parametric estimate. When computing the objective function, it is evident that it is nonlinear in the vector Θ. Because of this, the optimization problem is established as a non-limited nonlinear least squares (LS) problem because there is no limited region in the parameter vector. Algorithms for solving non-limited LS problems operate in an iterative mode. To begin with, an initial assumption is made for the parameter vector, and with each iteration, the parameter vector undergoes refinements to minimize objective function. When the objective function reaches a minimum, the optimal parameters were found (eg a global minimum). It should be understood that the local minimum may exist and depending on the initial assumption, the algorithm may be trapped in one of these minimum locations, resulting in a suboptimal solution. Therefore, it is desirable to determine the initial parameters to ensure optimal convergence.

Otimização de Gauss-Newton [0064] A otimização de Gauss-Newton (GN) pode ser opcionalmente utilizada para resolver o problema LS não limitado acima mencionado. Com cada iteração do processo GN, o vetor de parâmetro Θ é atualizado, resultando em um aperfeiçoamento na função obj etiva. Essa revelação considera o uso de outras técnicas para resolver o problema de LS não limitado, incluindo, porém não limitado a um algoritmo genético (GA) , uma abordagem meta-heurística de otimização evolucionãria ou uma otimização de aglomerado de partículas (na sigla em inglês para Particle Swarm Optimization, PSO). [0065] A fórmula de atualização GN pode ser escrita como: (5) [0066] onde 0k é a estimativa de parâmetro atual e /#(©) ê o gradiente do modelo com relação aos vetores de parâmetro [cr τ fç φ β]. (x — 5(0^)) é a diferença entre o sinal observado e a reconstrução paramétrica atual. [0067] O vetor Η(θ) é compreendido de derivados parciais de cada parâmetro. Esses derivados parciais são caros para se computador, o que é uma consideração importante porque para atualizar os mesmos, os derivados parciais são recomputados com cada iteração. Com isso em mente, para acelerar a computação, as gradiente analíticas do eco Gaussiano podem ser utilizadas. A matriz de gradiente ê escrita como: (6) (7) (8) (9} (10) (11) [0068] Para reduzir adicionalmente a complexidade computacional, o inverso da matriz de gradiente (^Ητ pode ser computado: [0069] . O algoritmo de inversão pode incluir as seguintes etapas: [0070] Etapa 1: iniciar com uma suposição inicial para o vetor de parâmetro Θ. [0071] Etapa 2: Computas os gradientes ü(0k) e o modelo s(0k), [0072] Etapa 3: Iterar o vetor de parâmetro: [0073] Etapa 4: verificar o critério de convergência contra uma tolerância predeterminada: [0074] \\9k+1 — Gk\l<tol, onde tol é a diferença entre duas iterações de parâmetro consecutivas. Deve ser entendido que à medida que o vetor de parametro é iterado, aperfeiçoamentos em cada dos parâmetros incluídos no vetor de parâmetro se tornam marginais. A tolerância é uma mèdida da alteração marginal entre a nova estimativa de vetor de parâmetro (por exemplo, θ**1) e a estimativa de vetor de parâmetro anterior (por exemplo, 9k) .Gauss-Newton Optimization Gauss-Newton (GN) optimization can optionally be used to solve the above-mentioned non-limited LS problem. With each iteration of the GN process, the parameter vector Θ is updated, resulting in an improvement in the objective function. This disclosure considers the use of other techniques to solve the LS problem not limited, including but not limited to a genetic algorithm (GA), evolutionary optimization metaheuristic approach, or particle cluster optimization. to Particle Swarm Optimization, PSO). The GN update formula can be written as: (5) where 0k is the current parameter estimate and / # (©) is the model gradient with respect to the parameter vectors [cr τ fç φ β ]. (x - 5 (0 ^)) is the difference between the observed signal and the current parametric reconstruction. The vector Η (θ) is comprised of partial derivatives of each parameter. These partial derivatives are expensive to compute, which is an important consideration because to update them, partial derivatives are recomputed with each iteration. With this in mind, to accelerate computation, Gaussian echo analytic gradients can be used. The gradient matrix is written as: (6) (7) (8) (9} (10) (11) To further reduce computational complexity, the inverse of the gradient matrix (^ Ητ can be computed: [ The inversion algorithm can include the following steps: Step 1: Begin with an initial assumption for the parameter vector [Step 2: Compute the ü (0k) and s (0k) gradients ), [0072] Step 3: Iterate the parameter vector: [0073] Step 4: Check the convergence criterion against a predetermined tolerance: [0074] \\ 9k + 1 - Gk \ l <tol, where tol is the difference between two consecutive parameter iterations It should be understood that as the parameter vector is iterated, improvements in each of the parameters included in the parameter vector become marginal.Tolerance is a measure of the marginal change between the new parameter vector estimate. parameter (eg θ ** 1) and the previous parameter vector estimate (eg 9k ).

Essa revelação considera que a diferença pode; ser calculada como uma alteração absoluta ou como uma alteração de percentagem entre as estimativas de parâmetro nova e anterior. Por exemplo, a tolerância pode ser opcionalmente definida para tol = 0,01, que assegura que o algoritmo converge e que aperfeiçoamentos subsequentes são desprezíveis. Essa revelação considera definir a tolerância em outros valores. Se a convergência foi obtida, terminar de outro modo ir para a etapa 5. [0075] Etapa 5: definir kr^k + 1 ( e continuar a iteração).This revelation considers that the difference can; be calculated as an absolute change or as a percentage change between the new and previous parameter estimates. For example, the tolerance can be optionally set to tol = 0.01, which ensures that the algorithm converges and that subsequent refinements are negligible. This revelation considers defining tolerance in other values. If convergence has been achieved, otherwise end go to step 5. Step 5: set kr ^ k + 1 (and continue iteration).

Inicialização de parâmetro [0076] Para parametrizar um sinal ultrassônico, é desejável fazer uma suposição inicial precisa do vetor de parâmetro inicial. Como discutido acima, uma suposição inicial precisa pode melhorar a chance de encontrar a solução ótima, bem como reduzir o número de computações exigidas para encontrar a mesma. Para fazer uma suposição inicial precisa, um processo de muitiestágios de remover tendência ou remover a linha de base a partir do sinal ultrassônico, localizar o eco no sinal ultrassônico e enquadrar o sinal ultrassônico antes da parametrização é discutido em detalhe abaixo. Como discutido acima, o sinal ultrassônico pode ser um traço único.Parameter Initialization [0076] To parameterize an ultrasonic signal, it is desirable to make an accurate initial assumption of the initial parameter vector. As discussed above, an accurate initial assumption can improve the chance of finding the optimal solution as well as reduce the number of computations required to find it. To make an accurate initial assumption, a multistage process of removing bias or removing the baseline from the ultrasonic signal, locating the echo on the ultrasonic signal, and framing the ultrasonic signal before parameterization is discussed in detail below. As discussed above, the ultrasonic signal may be a unique trait.

Remoção de Linha de Base [0077] Opcionalmente, uma operação de remoção de linha de base pode ser aplicada ao sinal ultrassônico para tornar o primeiro pulso no eco mais fácil de identificar. Há dois componentes que contribuem para a linha de base que podem ser removidos. 0 primeiro se origina do pulso de excitação do transdutor ultrassônico, O segundo se origina do transdutor ultrassônico que experimenta um corte de chamada do elemento piezelétrico excitado, que leva algum tempo para abrandar. Além do toque do elemento piezelétrico, pode haver também algum toque a partir da j anela de face frontal que protege o elemento. Quando a chegada do eco ocorre muito cedo {por exemplo, quando o refletor é colocado em um equilíbrio baixo), então p eco inicial pode chegar enquanto o transdutor ultrassônico ainda está tocando.Baseline Removal [0077] Optionally, a baseline removal operation can be applied to the ultrasonic signal to make the first echo pulse easier to identify. There are two components that contribute to the baseline that can be removed. The first originates from the excitation pulse of the ultrasonic transducer. The second originates from the ultrasonic transducer which experiences a call cut of the excited piezoelectric element, which takes some time to slow down. In addition to the touch of the piezoelectric element, there may also be some touch from the front face window that protects the element. When the echo arrives too early (for example, when the reflector is set to a low equilibrium), then the initial echo may arrive while the ultrasonic transducer is still ringing.

Esse toque pode ser afetado por calor e temperatura e a relação é não linear. Para remover a linha de base, três técnicas foram utilizadas, cada técnica operando em múltiplos traços para formar a estimativa para a linha de base. [0078] O empilhamento é uma técnica comumente utilizada para aperfeiçoar a SNR em dados sísmicos. O princípio por trás de empilhamento é formar uma estimativa da linha de base através de computar uma média dos traços observados. Os componentes nos traços que não mudam como a resposta do disparo e o toque do transdutor ultrassônico, por exemplo, .podem formar a linha de base. Adicionalmente, os componentes nos traços que não mudam ocorrem em todo traço. Desse modo quando os traços na convergência são mediados, os componentes que mudam podem ser mediados com os componentes não mutantes para formar a estimativa de linha de base. [0079] Outra técnica que pode ser utilizada para estimar a linha de base é decomposição de valor singular {na sigla em inglês para singular value decomposition, SVD). SVD é uma decomposição e.. classificação dos componentes de traços em uma convergência com base no nível de variância que os traços apresentam entre eles próprios. SVD pode ser utilizada para explorar a tendência principal na linha de base que contamina os traços em uma convergência ultrassônica. Como todos os traços na convergência compartilham uma linha de base comum, o componente de linha de base tem a classificação mais elevada. Os outros componentes contribuintes restantes como os ecos e ruído, por exemplo, são tipicamente fracamente correlacionados e devem se manifestar na decomposição de SVD em uma classificação muito mais baixa em comparação com a linha de base. [0080] Utilizar o valor superior da SVD como a linha de base funciona similarmente ao empilhamento com a mesma de svantagem, isto é, se os ecos nos traços na convergência não apresentarem variância suficiente, os ecos podem ser contribuintes principais para a linha de base na decomposição. Além disso, SVD é significativamente computacionalmente mais caro do què tirar uma média simples de todos os traços na convergência. [0081] . Alternativamente ou adicionalmente, a subtração é outra técnica que pode ser utilizada para estimar a linha de base. Por exemplo, se os ecos ultras sônicos em dois traços forem suficientemente separados (por exemplo, os comprimentos dos ecos não coincidem ao mesmo tempo) , então a linha de base pode ser calculada por meio de subtração. Por exjemplo, dois sinais ultras sônicos S2 e S2l que são ambos compreendidos de dois ecos suficientemente espaçados e uma linha de base comum são fornecidos abaixo: S± = Εχ + B (13) S2 = E2 +. B (14) Sx - S2= Ei - Ez (15) [0082] Subtrair os dois sinais ultrassônicos entre si pode fornecer um traço que é composto exatamente de dois ecos Ex e E2, livres de qualquer linha de base. Deve ser entendido que a exigência de que os ecos não interfiram entre si devido à sobreposição é importante. Se os ecos sobrepuserem, é possível ter um efeito adverso sobre a amplitude geral de um ou ambos os ecos devido à interferência construtiva ou destrutiva. Após executar a subtração, os ecos podem ser extraídos pela aplicação de dois acoplamentos aos sinais ultrassônicoS e subtrair os ecos de seu traço respectivo. Acoplamento de sinais ultrassônicos é discutido em detalhe abaixo. O resultado provê uma aproximação da linha de base, que pode ser utilizada para remover ruído dos sinais ultrassônicos na convergência.This touch can be affected by heat and temperature and the relationship is nonlinear. To remove the baseline, three techniques were used, each technique operating in multiple strokes to form the estimate for the baseline. Stacking is a commonly used technique for improving SNR in seismic data. The principle behind stacking is to form a baseline estimate by computing an average of the observed traces. Components in the unchanging strokes such as the trigger response and the touch of the ultrasonic transducer, for example, may form the baseline. Additionally, the components in the unchanging features occur in every feature. Thus when the convergence traits are mediated, the changing components can be mediated with the non-mutant components to form the baseline estimate. [0079] Another technique that can be used to estimate the baseline is singular value decomposition (SVD). SVD is a decomposition and .. classification of the trace components in a convergence based on the level of variance that the traits present among themselves. SVD can be used to explore the major baseline trend that contaminates the traces in an ultrasonic convergence. Because all traits in convergence share a common baseline, the baseline component has the highest rating. The other remaining contributing components such as echoes and noise, for example, are typically poorly correlated and should manifest in SVD decomposition at a much lower rating compared to the baseline. Using the upper SVD value as the baseline works similarly to stacking it with the same advantage, that is, if the echoes in the convergence traces do not have enough variance, the echoes may be major contributors to the baseline. in decomposition. In addition, SVD is significantly computationally more expensive than simply averaging all traits in convergence. [0081] Alternatively or additionally, subtraction is another technique that can be used to estimate the baseline. For example, if the ultrasonic echoes in two strokes are sufficiently separate (for example, the echo lengths do not coincide at the same time), then the baseline can be calculated by subtraction. For example, two ultrasonic signals S2 and S2l which are both comprised of two sufficiently spaced echoes and a common baseline are given below: S ± = Εχ + B (13) S2 = E2 +. B (14) Sx - S2 = Ei - Ez (15) Subtracting the two ultrasonic signals from each other can provide a trace that is exactly two echoes Ex and E2, free from any baseline. It should be understood that the requirement that echoes do not interfere with each other due to overlap is important. If echoes overlap, it is possible to have an adverse effect on the overall amplitude of one or both echoes due to constructive or destructive interference. After performing the subtraction, the echoes can be extracted by applying two couplings to the ultrasonic signals and subtracting the echoes from their respective trace. Coupling of ultrasonic signals is discussed in detail below. The result provides a baseline approximation that can be used to remove noise from ultrasonic signals at convergence.

Localização de Eco Utilizando uma Técnica de Razão de Energia [0083] Após preprocessar opcionalmente o sinal ultrassônico por remover tendência e remover os componentes de linha de base, a região no traço, que contém o primeiro eco pode ser identificada (ou localizada). A motivação por trás da localização da região na qual o primeiro eco é oculto é dupla.Echo Locating Using an Energy Ratio Technique After optionally preprocessing the ultrasonic signal by trending and removing the baseline components, the region in the trace that contains the first echo can be identified (or localized). The motivation behind the location of the region in which the first echo is hidden is twofold.

Primeiramente, a localização do primeiro eco facilita uma redução em volume geral de dados. Adicionalmente, a localização do primeiro eco melhora a precisão porque os esforços de parametrização podem ser focados em uma região muito mais apertada (por exemplo, um espaço de busca mais estreito). [0084] Uma técnica para localizar o primeiro eco é por meio do cálculo da razão de energia do traço. Utilizando a função de razão de energia, a energia em um ponto dado Ex é calculada utilizando a seguinte fórmula: (16) onde, ai = fator de ajuste de energia 1 sinal de energia a2 = fator de ajuste de energia 2 II = energia de ruído L - comprimento de j ane 1 a ' £’total = energia total [0085] Deve ser entendido que a equação (16) é fornecida somente como exemplo de uma função de razão de energia e que uma pessoa com conhecimentos comuns na técnica pode calcular a função de razão de energia.do traço em um modo diferente. [0086] Um ponto dado x pode ser enquadrado a partir dos lados tanto esquerdo como direito do traço utili zando uma j anela de comprimento, L. O teor de energia na janela esquerda e direita ê assumido como sendo ruído e sinal, respectivamente. A razão é construída por comparar a energia de sinal com a energia de ruído. Adicionalmente, a soma cumulativa da energia que reside no sinal total, Etotaj, pode ser computada. Fatores de ajuste ax e a2 podem ser utilizados para minimizar os impactos de chegadas tardias na estimação da primeira estimativa de movimento. a primeira ruptura no sinal é indicada pela localização do valor máximo da função de razão de energia. [0087] Um sinal ultrassônico de exemplo medido em um furo é utilizado para ilustrar essa técnica de localização. O sinal ultras sônico de exemplo 502 é mostrado na figura 5A. o sinal ultrassônico 502 inclui 512 amostras que cobrem de 0 y s a 170,66 ys (por exemplo, uma taxa de amostragem de 3 MHz) . O sinal ultrassônico movido da esquerda para a direita 502' (isto é, o sinal ultrassônico movido) é mostrado na figura 5B. Em outras palavras, o sinal ultrassônico é invertido de cabeça para cauda para cauda para cabeça. Por exemplo, na figura 5A, amostras 0-511 são dispostas da esquerda para a direita Por outro lado, na figura 5B, amostras 0-511 são dispostas da direita para a esquerda. A razão de energia do sinal ultlrassônico 502 e do sinal ultrassônico movido 502.' pode ser calculada utilizando a equação (16) acima com um tamanho de j anela de 40 (L = 40) e fatores de ajuste de energia ax e a2 definidos em unidade (isto é, 1) . A razão de energia do sinal ultrassônico 5 02 é mostrada na figura 5C, e a razão de energia do sinal ultrassônico movido 502' é mostrado na figura 5D. [0088] Os valores máximos das funções de razão de energia indicam as rupturas no sinal ultrassônico e o sinal ultrassônico movido. Em outras palavras, as funções de razão de energia podem ser utilizadas para identificar as rupturas esquerda e direita de um eco no sinal ultrassônico. Por exemplo o pico da razão de energia do sinal ultrassônico na figura 5A ocorre em t = 66 ys. Isso localiza o tempo de chegada do eco do lado esquerdo (ou a ruptura esquerda do eco) . O pico da razão de energia do sinal ultrassônico movido na figura 5B ocorre em t = 7 9,33 ys. Isso pode ser utilizado para localizar quando o eco termina. Por exemplo, quando a razão de energia do sinal ultrassônico movido é movida de volta da esquerda para a direita (ou invertido de cauda para cabeça para cabeça para cauda), o tempo resultante da ruptura direita do eco é t - 17 0,66 - 79,33 = 91,33 ys . Desse modo, o eco que chega foi localizado pela posição das rupturas esquerda e direita (por exemplo, 66 ys e 91,33 ys) . A figura 6 mostra o eco localizado 602 do sinal ultrassônico 502 na figura 5A. [008 9] O comprimento de janela, L, da função de razão de energia pode determinar a eficácia da razão de energia. Comprimentos de janela mais curtos produzem funções de razão de energia de resolução mais elevada, porém com sensibilidade mais elevada a ruído. Por outro lado, comprimentos de janela mais longos são mais robustos contra ruído à custa de oferecer potência de resolução mais baixa. É, portanto, desejável, selecionar o comprimento de janela com cuidado de tal modo que seja insensível a ruído enquanto ainda é capaz de determinar corretamente a primeira ruptura no sinal ultr&ssônico. [0090] Opcionalmente, para selecionar automaticamente o comprimento da janela de razão de energia, a equação (17) abaixo pode ser utilizada. (17) [0091] Onde fs e fc são a taxa de amo» uj-ay cm e a frequência central do sinal ultrassônico, respectivamente, O multiplicador, s, tipicamente definido em unidade, também é incluído para sintonizar o comprimento de j anela com base em tempo entre múltiplas chegadas de eco (regidas pelas propriedades do meio no qual a resposta de pulso-eco é registrada) . De acordo com a equação (17) , o comprimento de janela pode ser automática e dinamicamente aj ustado em resposta a frequêhcias de amostragem diferentes bem como intervalos de tempo de aquisição. [0092] Com referência agora às figuras 7A-7D, gráficos que ilustram o impacto de utilizar comprimentos de janela diferentes para a função de razão de energia são mostrados. Por exemplo, a figura 7A mostra um pulso-eco de exemplo 702 registrado quando um transdutor ultrassônico de 250 kHz é disparado sobre um refletor de alumínio e um sinal de pulso-eco é adquirido em 25 MHz. A forma de onda registrada apresenta três regiões exclusivas, por exemplo, primeiro, segundo e terceiro ecos 702A, 702B e 702C, respectivamente. Com discutido acima, o obj etivo da localização de eco é identificar corretamente a primeira ruptura no sinal de pulso-eco. As figuras 7B-7D mostram os resultados de aplicar a função de razão de energia ao sinal de pulso-eco 702 na figura 7A utilizando comprimentos de j anela de L = 7, 75, 750, respectivamente. [0093] Como mostrado na figura 7B, quando o comprimento de janela ê demasiadamente pequeno (por exemplo, L= 7), é difícil identificar a primeira ruptura de eco porque não há pico facilmente distinguível na função de razão de energia. Similarmente, como mostrado na figura 7D, também é difícil identificar a primeira ruptura de eco quando o comprimento da j anela é demasiadamente grande (por exemplo, L = 750). Especificamente, a segunda ruptura de eco é detectada ao utilizar um comprimento de janela de 750 em vez da primeira ruptura de eco porque o comprimento de janela é maior do que o local do primeiro eco (por exemplo, -500 amostras) . Como mostrado na figura 7C, quando o comprimento de j anela é 75, a primeira ruptura de eco ê corretamente detectada.First, locating the first echo facilitates a reduction in overall data volume. In addition, the location of the first echo improves accuracy because parameterization efforts can be focused on a much tighter region (for example, a narrower search space). One technique for locating the first echo is by calculating the energy ratio of the trace. Using the energy ratio function, the energy at a given point Ex is calculated using the following formula: (16) where, ai = energy adjustment factor 1 energy signal a2 = energy adjustment factor 2 II = energy of noise L - jean length 1 to '£' total = total energy [0085] It should be understood that equation (16) is provided only as an example of an energy ratio function and that a person of ordinary skill in the art can calculate the energy ratio function of the trace in a different mode. [0086] A given point x may be framed from either the left or right side of the trace using a window in length, L. The energy content in the left and right window is assumed to be noise and signal, respectively. The ratio is constructed by comparing signal energy with noise energy. Additionally, the cumulative sum of the energy residing in the total signal, Etotaj, can be computed. Adjustment factors ax and a2 can be used to minimize the impacts of late arrivals in estimating the first movement estimate. The first break in the signal is indicated by the location of the maximum value of the energy ratio function. An example ultrasonic signal measured in a hole is used to illustrate this location technique. Example ultrasonic signal 502 is shown in figure 5A. The ultrasonic signal 502 includes 512 samples covering from 0 ys to 170.66 ys (for example, a 3 MHz sampling rate). The left-to-right ultrasonic signal 502 '(ie, the moved ultrasonic signal) is shown in figure 5B. In other words, the ultrasonic signal is inverted from head to tail to tail to head. For example, in Figure 5A, samples 0-511 are arranged from left to right. In Figure 5B, samples 0-511 are arranged from right to left. The energy ratio of the ultrasonic signal 502 and the ultrasonic moved signal 502. ' can be calculated using equation (16) above with a window size of 40 (L = 40) and energy adjustment factors ax and a2 defined in unit (i.e. 1). The energy ratio of the ultrasonic signal 502 is shown in FIG. 5C, and the energy ratio of the moved ultrasonic signal 502 'is shown in FIG. 5D. Maximum values of the energy ratio functions indicate the breaks in the ultrasonic signal and the moved ultrasonic signal. In other words, the energy ratio functions can be used to identify the left and right bursts of an echo in the ultrasonic signal. For example, the peak energy ratio of the ultrasonic signal in Figure 5A occurs at t = 66 ys. This locates the left echo arrival time (or the left echo rupture). The peak energy ratio of the ultrasonic signal moved in figure 5B occurs at t = 79.33 ys. This can be used to locate when the echo ends. For example, when the energy ratio of the moved ultrasonic signal is moved back from left to right (or inverted from tail to head to tail), the time resulting from the right echo break is t - 17 0.66 - 79.33 = 91.33 ys. Thus, the incoming echo was located by the position of the left and right ruptures (for example, 66 ys and 91.33 ys). Figure 6 shows the localized echo 602 of the ultrasonic signal 502 in figure 5A. [008 9] The window length, L, of the energy ratio function can determine the effectiveness of the energy ratio. Shorter window lengths produce higher resolution but higher noise sensitivity energy ratio functions. On the other hand, longer window lengths are more robust against noise at the expense of offering lower resolution power. It is therefore desirable to carefully select the window length such that it is noise insensitive while still being able to correctly determine the first break in the ultrasonic signal. Optionally, to automatically select the length of the energy ratio window, equation (17) below can be used. (17) Where fs and fc are the melt rate uj-ay cm and the center frequency of the ultrasonic signal, respectively. The multiplier, s, typically defined in units, is also included to tune the window length. based on time between multiple echo arrivals (governed by the properties of the environment in which the pulse echo response is recorded). According to equation (17), the window length may be automatically and dynamically adjusted in response to different sampling frequencies as well as acquisition time intervals. Referring now to Figures 7A-7D, graphs illustrating the impact of using different window lengths for the energy ratio function are shown. For example, Figure 7A shows an example 702 pulse echo recorded when a 250 kHz ultrasonic transducer is triggered on an aluminum reflector and a pulse echo signal is acquired at 25 MHz. The recorded waveform has three regions. exclusive, for example, first, second and third echoes 702A, 702B and 702C, respectively. As discussed above, the objective of echo location is to correctly identify the first break in the pulse-echo signal. Figures 7B-7D show the results of applying the energy ratio function to pulse echo signal 702 in Figure 7A using window lengths of L = 7, 75, 750, respectively. As shown in Figure 7B, when the window length is too small (e.g. L = 7), it is difficult to identify the first echo break because there is no easily distinguishable peak in the energy ratio function. Similarly, as shown in Fig. 7D, it is also difficult to identify the first echo rupture when the window length is too large (for example, L = 750). Specifically, the second echo break is detected by using a window length of 750 instead of the first echo break because the window length is greater than the location of the first echo (e.g. -500 samples). As shown in Figure 7C, when the window length is 75, the first echo break is correctly detected.

Acoplamento de Eco [00 94] Após encontrar a primeira ruptura de eco no sinal ultrassônico, há várias técnicas que podem ser utilizadas para acoplar o eco registrado. Com referência agora às figuras 8-10, gráficos ilustrando técnicas de acoplamento de exemplo são mostrados. Na figura 8, a função de razão de energia ê calculada a partir do lado esquerdo de um sinal ultrassônico. A seguir, o sinal ultrassônico é movido da esquerda para a direita. Em outras palavras, o sinal ultrassônico é invertido de cabeça para cauda para cauda para cabeça como discutido acima com relação às figuras 5A-5B. Posteriormente, a função de razão de energia é calculada a partir do lado direito do sinal ultrassônico. Como discutido acima, a função de razão de energia a partir do lado esquerdo pode ser utilizada para encontrar a primeira ruptura de eco, por exemplo, a ruptura esquerda no sinal ultrassônico. Adicionalmente, a função de razão de energia do lado direito pode ser utilizada para encontrar a ruptura direita no sinal ultrassônico. A posição da ruptura direita \ê então movida da esquerda para a direita de modo que seja adequadamente posicionada com relação ã ruptura esquerda. Deve ser entendido que as rupturas esquerda e direita podem ser utilizadas para acoplar o primeiro eco no sinal ultrassônico. A porção acoplada 802 de cada traço (por exemplo, o sinal ultrassônico) é sombreada na figura 8, Essa técnica pode ser bem robusta e pode acoplar dinamicamente o primeiro eco. Deve ser entendido, entretanto, que se um segundo eco com amplitude suficiente existir, o segundo ecc pode ser detectado como a ruptura direita. Nesse caso, nenhuma perda de dados ocorre, porém o acoplamento é colocado em torno da primeira ruptura do primeiro eco e a ruptura de extremidade de cauda do segundo eco. [0095] Na figura 9, a função de razão de energia é calculada a partir do lado esquerdo de um sinal ultrassônico. Como discutido . acima, a função de razão de energia a partir do lado esquerdo pode ser utilizada para encontrar a primeira ruptura de eco, por exemplo, a ruptura esquerda no sinal ultrassônico. A seguir, o sinal ultrassônico é aparado no local da primeira ruptura de eco. Posteriormente, a função de razão de energia é calculada a partir do lado esquerdo do sinal ultrassônico aparado. A função de razão de energia a partir do lado .esquerdo do sinal aparado pode ser utilizada para encontrar a ruptura seguinte no sinal ultrassônico, que corresponde ao segundo eco. Deve ser entendido que a primeira ruptura e rupturas seguintes podem ser utilizadas para acoplar o primeiro eco no sinal ultrassônico. A porção acoplada 902 de cada traço (por exemplo, o sinal ultrassônico) é sombreada na figura 9. Essa técnica pode ser mais robusta do que acoplamento do lado esquerdo do sinal ultrassônico e, então, o acoplamento do lado direito do sinal ultrassônico movido porque há tipicamente algum espaço branco entre os primeiro e segundo ecos, o que causa um grande pulso pontudo na função de razão de energia tornando relatívamente fácil identificar o segundo eco. Deve ser entendido que quando essa técnica é utilizada pode I haver mais dados redundantes (por exemplo, o espaço branco entre os primeiro e segundo ecos) incluídos no acoplamento. [0096] Na figura 10, a função de razão de energia ê calculada a partir do lado esquerdo de um sinal ultrassônico. Como discutido acima, a função de razão de energia a partir do lado esquerdo pode ser utilizada para encontrar a primeira ruptura de eco, por exemplo, a ruptura esquerda no sinal ultrassônico. A seguir, um acoplamento duro é definido a partir da posição da ruptura esquerda. O comprimento do acoplamento duro pode ser determinado com base na duração esperada do primeiro eco, que origina do meio no qual o pulso-eco se desloca. Deve ser entendido que a primeira ruptura e rupturas duras podem ser utilizadas para acoplar o primeiro eco no sinal ultrassônico. A porção acoplada 1002 de cada traço (por exemplo, o sinal ultrassônico) é sombreada na figura 10. Esjsa técnica pode ser computacionalmente a mais leve das técnicaís porque somente um cálculo de razão de energia é exigido. Adicijonalmente, o cálculo da primeira ruptura de eco a partir do lado esquerdo do sinal ultrassônico é mais robusto em comparação com o cálculo da função de energia a partir do lado direito do sinal ultrassônico movido ou novamente do lado esquerdo apôs apurar o sinal ultrassônico. [0097] Para demonstrar cada das três têcjnicas de acoplamento discutidas acima com relação às figuras 8-10, um transdutor ultrassônico operando em água foi utilizadcp para coletar dados refletidos de um refletor simples (Por exemplo, alumínio) em distâncias incrementalmente variadas do refletor. Por exemplo, a faixa de equilíbrio do transdutor ultrassônico a partir do refletor foi ajustada em incrementos de 1 mm de 0 mm até 41 mm, (traços n.° 1 a n.° 42, respectivamente, onde o traço n.° 1 corresponde a 0 mm de equilíbrio) que mpve o eco que chega adicionalmente para longe da resposta de disparo. Os resultados da demonstração são mostrados nas figuras 8-10, e algumas observações gerais são feitas abaixo. Como mostrado nas figuras 8-10, acoplamento a partir do lado esquerdo do sinal ultrassônico é bem robusto. Por exemplo, a primeira ruptura no sinal é acoplado perfeitamente para baixo a 4 mm como mostrado em cada das figuras 8-10. Adicionalmente, acoplamento do lado direito do sinal ultrassônico, por exemplo, após mover o sinal ultrassônico da esquerda para a direita, não é tão robusto quanto acoplamento do lado esquerdo do sinal ultrassônico. Como discutido acima, a detecção da ruptura direita do primeiro eco no sinal ultrassônico pode ser desafiador quando há ecos subsequentes (por exemplo, segundo, terceiro, etc.) que chegam â mesma j anela de aquisição. Por exemplo, se o pico pertinente ao segundo eco for mais forte do que o pico pertinente ao primeiro eco, então quando a razão de energia é aplicada, o acoplamento será aplicado à extremidade de cauda do segundo eco em vez da extremidade de cauda do primeiro eco. Quando isso ocorre, os primeiro e‘ segundo ecos são ambos acoplados como mostrado nos números de traço 21 a 3 7 como mostrc.do na figura 8. Adicionalmente, como mostrado na figura 9, o cálculo da ruptura esquerda e então cálculo da ruptura esquerda seguinte funciona bem até aproximadamente 10 mm. Como discutido acima, isso gera comprimentos de traço que são de certo modo longos porque o acoplamento abrange o primeiro eco e todo espaço branco até o segundo eco. Por aplicar um acoplamento ao eco, também é possível explorar redundância entre ecos porque são todos muito similares quando alinhados a uma referência de tempo comum. Esse benefício pode se prestar bem à aplicação de compressão para reduzir adicionalmente o volume de dados em uma convergência.Echo Coupling After finding the first echo break in the ultrasonic signal, there are several techniques that can be used to couple the recorded echo. Referring now to Figures 8-10, graphs illustrating example coupling techniques are shown. In Figure 8, the energy ratio function is calculated from the left side of an ultrasonic signal. Then the ultrasonic signal is moved from left to right. In other words, the ultrasonic signal is inverted from head to tail to tail to head as discussed above with respect to figures 5A-5B. Subsequently, the energy ratio function is calculated from the right side of the ultrasonic signal. As discussed above, the energy ratio function from the left side can be used to find the first echo break, for example, the left break on the ultrasonic signal. Additionally, the right energy ratio function can be used to find the right break in the ultrasonic signal. The right break position is then moved from left to right so that it is properly positioned with respect to the left break. It should be understood that the left and right ruptures may be used to couple the first echo to the ultrasonic signal. The coupled portion 802 of each stroke (for example, the ultrasonic signal) is shaded in Figure 8. This technique can be quite robust and can dynamically couple the first echo. It should be understood, however, that if a second echo with sufficient amplitude exists, the second ecc can be detected as the right rupture. In this case, no data loss occurs, but the coupling is placed around the first break of the first echo and the tail end break of the second echo. [0095] In Figure 9, the energy ratio function is calculated from the left side of an ultrasonic signal. As discussed. Above, the energy ratio function from the left side can be used to find the first echo break, for example, the left break on the ultrasonic signal. Next, the ultrasonic signal is trimmed at the site of the first echo rupture. Subsequently, the energy ratio function is calculated from the left side of the trimmed ultrasonic signal. The energy ratio function from the left side of the trimmed signal can be used to find the next break in the ultrasonic signal, which corresponds to the second echo. It should be understood that the first and subsequent ruptures may be used to couple the first echo to the ultrasonic signal. The coupled portion 902 of each trace (for example, the ultrasonic signal) is shaded in Figure 9. This technique may be more robust than coupling on the left side of the ultrasonic signal and then coupling on the right side of the moved ultrasonic signal because There is typically some white space between the first and second echoes, which causes a large spike in the energy ratio function making it relatively easy to identify the second echo. It should be understood that when this technique is used there may be more redundant data (for example, the white space between the first and second echoes) included in the coupling. In figure 10, the energy ratio function is calculated from the left side of an ultrasonic signal. As discussed above, the energy ratio function from the left side can be used to find the first echo break, for example, the left break on the ultrasonic signal. Next, a hard coupling is defined from the left break position. The length of the hard coupling can be determined based on the expected duration of the first echo, originating from the medium in which the pulse echo travels. It should be understood that the first rupture and hard ruptures may be used to couple the first echo to the ultrasonic signal. The coupled portion 1002 of each trace (for example, the ultrasonic signal) is shaded in Figure 10. This technique may be computationally the lightest of techniques because only an energy ratio calculation is required. In addition, the calculation of the first echo break from the left side of the ultrasonic signal is more robust compared to the calculation of the energy function from the right side of the moved ultrasonic signal or again from the left side after ascertaining the ultrasonic signal. To demonstrate each of the three coupling techniques discussed above with respect to figures 8-10, an ultrasonic transducer operating in water was used to collect reflected data from a single reflector (eg, aluminum) at incrementally varying distances from the reflector. For example, the equilibrium range of the ultrasonic transducer from the reflector has been adjusted in 1 mm increments from 0 mm to 41 mm, (dashes # 1 to # 42, respectively, where trace # 1 corresponds to 0 mm equilibrium) which mpve the echo that arrives further away from the trigger response. The results of the demonstration are shown in figures 8-10, and some general observations are made below. As shown in figures 8-10, coupling from the left side of the ultrasonic signal is quite robust. For example, the first break in the signal is perfectly coupled down to 4 mm as shown in each of figures 8-10. Additionally, right-side coupling of the ultrasonic signal, for example, after moving the ultrasonic signal from left to right, is not as robust as coupling on the left-hand side of the ultrasonic signal. As discussed above, detecting the right burst of the first echo in the ultrasonic signal can be challenging when there are subsequent echoes (e.g., second, third, etc.) arriving at the same acquisition window. For example, if the peak pertinent to the second echo is stronger than the peak pertinent to the first echo, then when the energy ratio is applied, coupling will be applied to the tail end of the second echo rather than the tail end of the first echo. Echo When this occurs, the first and second echoes are both coupled as shown in dash numbers 21 through 37 as shown in figure 8. In addition, as shown in figure 9, the left break calculation and then the left break calculation following works well up to approximately 10 mm. As discussed above, this generates dash lengths that are somewhat long because the coupling spans the first echo and all white space to the second echo. By applying an echo coupling, it is also possible to exploit redundancy between echoes because they are all very similar when aligned to a common time reference. This benefit may well lend itself to applying compression to further reduce data volume in a convergence.

Seleção de Ordem de Modelo [0098] O resultado da inversão é um resultado de uma soma de ecos Gaussianos simultaneamente otimizados. A ordem de modelo pode determinar a eficácia da aproximação geral. do eco ultrassônico em mão. Por exemplo, o uso de uma ordem de modelo elevado permite a aproximação de formas de onda mais complexas, porém demora mais tempo para convergir em uma solução. Por outro lado, o uso de uma ordem de modelo baixa é muito menos computacionalmente intenso, porém pode exigir mais iterações para convergir em uma solução. Portanto, é desejável escolher corretamente a ordem de modelo exigida para aproximar o eco. [0099] Para maximizar a eficácia da parametrização independente da ordem de modelo que é escolhida, a parametrização pode ser aplicada em uma região bem localizada, por exemplo, por acoplar a porção de eco do sinal ultrassônico. A seguir, a região localizada, menor (ou porção acoplada) pode ser submetida à análise através da aplicação da transformada Hilbert. [00100] A transformada Hilbert pode ser aplicada ao sinal com tendência removida e controlada para reduzir custo computacional, e o envelope Hilbert pode ser então examinado. Como o eco Gaussiano é . um modelo empírico selecionado para se aproximar melhor do eco ultrassônico, uma ordem de modelo única pode ser apropriada para o eco e pode corresponder a um pico único no sinal ultrassônico. Por examinar o envelope Hilbert do eco Gaussiano, o número de picos críticos pode ser determinado. [00101] O número de picos pode ser determinado por meio de uma função de descoberta de pico baseado em derivado. Um pico é indicado no ponto no derivado do envelope Hilbert onde o gradiente muda de positiva para negativa. Deve ser entendido que esses pontos indicam os picos na função. Para refinar adicionalmente o número de picos determinados, limitação pode ser aplicada em termos de amplitude bem como os picos relativos entre si. [00102] A seguir, a ordem de modelo pode ser opcionalmente selecionada como mostrado abaixo: Mordem = número de picos críticos detectados na janela + 1 [00103] A ordem de modelo selecionada pode ser aumentada por 1 para ser responsável por ruído e as aberrações que podem existir no sinal ultrassônico. A ordem de modelo extra pode ser adicionada para minimizar ruído uma vez que é assumido que ecos podem ser obscurecidos por ruído e a otimização de GN é submetida a uma minimização. Se a ordem de modelo extra não for adicionada, a aproximação do eco dentro da janela tenta responder pelo ruído bem como o eco verdadeiro na janela. Por incluir a ordem de modelo extra, o eco verdadeiro pode ser ajustado nos modelos determinados pelo número de picos críticos na janela com a ordem de modelo restante absorvendo desvios do modelo não empírico.Model Order Selection [0098] The inversion result is a result of a sum of simultaneously optimized Gaussian echoes. The model order can determine the effectiveness of the overall approximation. of ultrasonic echo in hand. For example, using a high model order allows more complex waveforms to be approached but takes longer to converge on a solution. On the other hand, using a low model order is much less computationally intensive, but may require more iterations to converge on a solution. Therefore, it is desirable to correctly choose the model order required to approximate the echo. To maximize the effectiveness of parameterization regardless of the model order that is chosen, parameterization can be applied to a well-located region, for example by coupling the echo portion of the ultrasonic signal. Then the smaller localized region (or coupled portion) can be subjected to analysis by applying the Hilbert transform. The Hilbert transform can be applied to the removed and controlled signal to reduce computational cost, and the Hilbert envelope can then be examined. What the Gaussian echo is like. For an empirical model selected to better approximate the ultrasonic echo, a single model order may be appropriate for echo and may correspond to a single peak in the ultrasonic signal. By examining the Hilbert envelope of the Gaussian echo, the number of critical peaks can be determined. The number of peaks can be determined by means of a derivative based peak discovery function. A peak is indicated at the point in the Hilbert envelope derivative where the gradient changes from positive to negative. It should be understood that these points indicate the peaks in the function. To further refine the number of determined peaks, limitation may be applied in terms of amplitude as well as relative peaks between them. [00102] Next, the model order can be optionally selected as shown below: Bite = number of critical peaks detected in window + 1 [00103] The selected model order can be increased by 1 to be responsible for noise and aberrations. that may exist in the ultrasonic signal. Extra model ordering can be added to minimize noise since it is assumed that echoes can be obscured by noise and GN optimization is subject to minimization. If the extra model order is not added, the echo approximation within the window attempts to account for noise as well as the true echo in the window. By including the extra model order, the true echo can be adjusted in the models determined by the number of critical peaks in the window with the remaining model order absorbing non-empirical model deviations.

Enquadramento e Seleção Inicial de Parâmetros [00104] Após localizar o eco contido no sinal ultrassônico, uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado pode ser enquadrada. Como discutido acima com referência à figura 6, o eco que chega foi localizado entre as posições das rupturas esquerda e direita (por exemplo, 66 ps e 91. ps) . Opcionalmente, um filtro metade-Hanning pode ser aplicado para afilar porções do sinal ultrassônico fora da região localizada (por exemplo, < 66 ps e > 91,33 ps) . Alternativamente ou adicionalmente, uma j anela pode ser definida em torno do eco localizado que é 50% tão grande quanto o comprimento do eco localizado. Por exemplo, a janela pode ser definida como: [66 - —-3^~ββ*, 91.33 + ÍEHlziÉÍ] = [52,67 ps, 106 ps] . A seguir, um afilamento metade-Hanning pode ser aplicado a 5% para as regiões fora da janela para levar as extremidades do sinal ultrassônico para zero. Posteriormente, como discutido em detalhe abaixo, os parâmetros de eco inicial podem ser selecionados. Deve ser entendido que a aplicação de um filtro metade-Hanning é fornecida somente como uma técnica de enquadramento de exemplo e que outras técnicas de enquadramento podem ser utilizadas. [00105] Os parâmetros de eco podem ser então estimados a partir da porção enquadrada do sinal ultrassônico. Como discutido em detalhe abaixo, estimativas para amplitude e tempo de chegada podem ser obtidos por calcular um envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico e estimativas para frequência central e largura de banda podem ser obtidos por calcular uma transformada Fourier (por exemplo, utilizando uma FFT) da porção enquadrada do sinal ultrassônico. Essa revelação considera que outras transformadas conhecidas na técnica podem ser aplicadas à porção enquadrada do sinal ultrassônico para facilitar a obtenção dos parâmetros de eco. Por exemplo, uma Transformada Fourier enquadrada e então uma transformada Hilbert podem ser aplicadas à porção enquadrada do sinal ultrassônico.Initial Setting and Selection of Parameters After locating the echo contained in the ultrasonic signal, a portion of the ultrasonic signal around the localized echo can be framed. As discussed above with reference to Figure 6, the incoming echo was located between the left and right burst positions (for example, 66 ps and 91. ps). Optionally, a half-Hanning filter may be applied to taper portions of the ultrasonic signal outside the localized region (eg, <66 ps and> 91.33 ps). Alternatively or additionally, a window may be defined around the localized echo which is 50% as large as the localized echo length. For example, the window might be defined as: [66 - —-3 ^ ββ * *, 91.33 + HIHZI] = [52.67 ps, 106 ps]. Next, a half-Hanning taper can be applied at 5% to the regions outside the window to bring the ultrasonic signal ends to zero. Later, as discussed in detail below, the initial echo parameters can be selected. It should be understood that the application of a half-Hanning filter is provided as an example framing technique only and that other framing techniques may be used. Echo parameters can then be estimated from the framed portion of the ultrasonic signal. As discussed in detail below, estimates for amplitude and arrival time can be obtained by calculating a Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal and estimates for center frequency and bandwidth can be obtained by calculating a Fourier transform (for example, using a FFT) of the framed portion of the ultrasonic signal. This disclosure assumes that other transforms known in the art may be applied to the framed portion of the ultrasonic signal to facilitate obtaining echo parameters. For example, a framed Fourier Transform and then a Hilbert transform can be applied to the framed portion of the ultrasonic signal.

Amplitude e Tempo de Chegada [00106] As estimativas para os parâmetros de amplitude e tempo de chegada iniciais, β e τ, podem ser definidas a partir do envelope do sinal enquadrado (Sw±n), que ê calculado por tomar o valor absoluto sua transformada Hilbert (Η | . A localização e amplitude do valor máximo do envelope (isto é, pico máximo) corresponde diretamente à amplitude de eco, βχ e tempo de deslocamento, τι. Inicializações para modelos subsequentes utilizados na inversão (por exemplo, M => 2} são definidas por distribuir igualmente suas posições entre a posição do pico máximo e o final da janela de inversão. [00107] Ao trabalhar com a primeira ordem de modelo (por exemplo, M = 1) , a amplitude de eco e o tempo de deslocamento podem ser encontrados como a seguir: (τι>βι) = ar gmax | H (J,iVi n) | (18) [00108] Adicionalmente, ao trabalhar com ordens de modelo mais elevadas (por exemplo, M > 2) , uma etapa de tempo, Tetapa/ pode ser utilizada, A etapa de tempo é definida na equação (19) abaixo. A etapa de tempo é utilizada para distribuir igualmente as posições de modelo restantes como definido pela equação (20) abaixo entre a localização do pico máximo e o final da janela de inversão, Linv. O valor do envelope Hilbert é utilizado para definir as amplitudes iniciais nesses pontos distribuídos, que são definidos pela equação (21) abaixo, Para k = 2:M, (19) ¢20) ¢21) Frequência Central e Largura de Banda [00109] A estimativa para. o parâmetro de frequência central, fc, pode ser definido a partir da FFT do sinal enquadrado. Por exemplo, uma FFT da porção enquadrada do sinal ultrassônico pode ser calculada. A FFT da porção enquadrada do sinal ultrassônico da figura 7A é mostrada na figura 11. O valor máximo da FFT 1102 pode ser selecionado como a frequência central do eco ultrassônico que deve ser parametrizado. Como mostrado na figura 11, o valor máximo ou pico da FFT 1102 ocorre em aproximadamente 255 kHz, Deve ser entendido que isso também corresponde aproximadamente à frequência do transdutor ultrassônico discutido acima com relação à figura 7A. Adicionalmente, quando parametrização com uma ordem de modelo de 2 ou mais elevada é utilizado, a mesma frequência central pode, ser utilizada para semear as ordens de modelo subsequentes .ate a ordem máxima de modelo (Mmax) na inversão. Como a FFT não fopnece localização de tempo em relação a onde as frequências existem, todos os modelos na inversão são inicializados com a mesma frequência central. Deve ser entendido que o uso da mesma frequência central para o parâmetro de frequência central inicial para as ordens de modelo mais elevadas . é suficiente porque as outras frequências que compõem o eco {por exemplo, toque) estão também perto da frequência máxima do transdutor ultrassônico. A equação (22) abaixo pode ser utilizada para selecionar o parâmetro de frequência central inicial, Para k = T:M, fck = argmax(FFT(Swin}) (22) [00110] A estimativa para o parâmetro de fator de largura de banda inicial, ak, também pode ser definido a partir da FFT do sinal enquadrado. Similar à frequência central, a largura de banda pode ser selecionada utilizando o valor máximo ou pico 1102 da FFT. Para determinar a largura de banda aproximada do eco ultrassônico, os derivados à esquerda s direita do valor máximo na FFT podem ser computados até que se observe uma alteração de sinal. Um mínimo é indicado quando o derivado se torna positivo. A seguir, nos lados tanto esquerdo como direito do pico máximo da FFT, os pontos mínimos estão suj eitos a um encaixe linear que estende para baixo em direção ao eixo geométrico x. à distância ao quadrado entre os pontos mínimos esquerdo e direito no eixo geométrico x pode ser utilizada como a estimativa de parâmetro de largura de banda. Deve ser entendido que o mesmo fator de largura de banda pode ser utilizado para a estimativa para todas as ordens de modelo. A equação (23) abaixo pode ser utilizada para selecionar o parâmetro de largura de banda inicial. Para k = 1:M, ak = (/ίχ (23) Fase [00111] A estimativa inicial para o parâmetro de fase, φ, pode ser ajustada em zero para todas as ordens de modelo. O raciocínio para essa estimativa é discutido - abaixo. Primeiramente, se o eco ultrassônico for composto de um pulso limpo único, poderia ser possível calcular precisamente a fase instantânea. Entretanto, o eco ultrassônico é tipicamente composto de múltiplos componentes de sobreposição. Os outros parâmetros de modelo inicial discutidos acima são definidos por estimativa inicial, que carrega com a mesma certo erro sem noções de quanta sobreposição existe entre os mesmos. Portanto, é difícil estimar uma fase que está próxima à ótima. Em segundo lugar, como a fase é cíclica e convergência de parametrização é insensível ao seu valor, é adequado ajustar a fase inicial em zero .Amplitude and Arrival Time [00106] Estimates for the initial amplitude and arrival time parameters, β and τ, can be defined from the framed signal envelope (Sw ± n), which is calculated by taking its absolute value. Hilbert transform (Η |. The location and amplitude of the maximum envelope value (ie maximum peak) corresponds directly to the echo amplitude, βχ and displacement time, τι. Initializations for subsequent models used in inversion (eg M = > 2} are defined by evenly distributing their positions between the maximum peak position and the end of the inversion window. [00107] When working with the first model order (eg M = 1), the echo amplitude and the offset time can be found as follows: (τι> βι) = ar gmax | H (J, iVi n) | (18) [00108] Additionally, when working with higher model orders (eg M> 2 ), a time step, Step / can be used, time is defined in equation (19) below. The time step is used to equally distribute the remaining model positions as defined by equation (20) below between the maximum peak location and the end of the inversion window, Linv. The Hilbert envelope value is used to define the initial amplitudes at these distributed points, which are defined by equation (21) below, For k = 2: M, (19) ¢ 20) ¢ 21) Center Frequency and Bandwidth [00109 ] The estimate for. The center frequency parameter, fc, can be set from the framed signal's FFT. For example, an FFT of the framed portion of the ultrasonic signal may be calculated. The FFT of the framed portion of the ultrasonic signal of Figure 7A is shown in Figure 11. The maximum value of FFT 1102 can be selected as the center frequency of the ultrasonic echo that must be parameterized. As shown in Figure 11, the maximum or peak value of FFT 1102 occurs at approximately 255 kHz. It should be understood that this also corresponds approximately to the frequency of the ultrasonic transducer discussed above with respect to Figure 7A. Additionally, when parameterization with a model order of 2 or higher is used, the same center frequency can be used to seed subsequent model orders. Until the maximum model order (Mmax) in inversion. Since FFT does not provide time location relative to where frequencies exist, all models in the inversion are initialized to the same center frequency. It should be understood that using the same center frequency for the initial center frequency parameter for higher model orders. This is sufficient because the other frequencies that make up the echo (eg ringing) are also close to the maximum frequency of the ultrasonic transducer. Equation (22) below can be used to select the initial center frequency parameter. For k = T: M, fck = argmax (FFT (Swin}) (22) [00110] The estimate for the width factor parameter The initial bandwidth, ak, can also be set from the framed signal FFT Similar to the center frequency, bandwidth can be selected using the maximum or peak FFT value 1102. To determine the approximate bandwidth of the ultrasonic echo, the left and right derivatives of the maximum FFT value can be computed until a signal change is observed A minimum is indicated when the derivative becomes positive Then on the left and right sides of the maximum FFT peak Minimum points are subjected to a linear fit extending downward towards the x-axis.The squared distance between the left and right minimum points on the x-axis can be used as the parameter estimate of 1a. It should be understood that the same bandwidth factor can be used for the estimation for all model orders. Equation (23) below can be used to select the initial bandwidth parameter. For k = 1: M, ak = (/ ίχ (23) Phase [00111] The initial estimate for the phase parameter, φ, can be set to zero for all model orders. The reasoning for this estimate is discussed - First, if the ultrasonic echo is composed of a single clean pulse, it could be possible to precisely calculate the instantaneous phase. However, the ultrasonic echo is typically composed of multiple overlapping components. The other initial model parameters discussed above are defined by initial estimation, which carries the same certain error without notions of how much overlap exists between them, so it is difficult to estimate a phase that is close to optimal Secondly, as the phase is cyclic and parameterization convergence is insensitive to its value, it is appropriate to set the initial phase to zero.

Inversão [00112] Após o eco principal contido em sinal ultrassônico ter sido localizado e enquadrado, é possível inverter para uma pluralidade de parâmetros de eco. Omo discutido acima, o processo Gauss-Newton pode ser integrado em um algoritmo de maximização de expectativa (na sigla em inglês para expectation maximization, EM). O algoritmo EM tem uma estrutura onde em cada etapa os sinais esperados são computados utilizando a estimativa atual dõ vetor de parâmetro e os dados observados (por exemplo, o sinal ultrassônico) . A seguir, os conjuntos de parâmetro correspondentes são computados utilizando aqueles sinais esperados. Alternativamente, é possível atualizar o vetor de parâmetro após a etapa de maximização (por ejxemplo, a etapa M). por fazer isso, a estimação de parâmetro atual é integrada na etapa-E com o objetivo de acelerar convergência. Esse método alternativo é conhecido como o algoritmo EM generalizado de alternação de espaço (na sigla em inglês para space-alternating generalized EM, SAGE). Em comparação com algoritmos EM tradicionais, o algoritmo SAGE possui uma propriedade de convergência mais rápida. [00113] Com referência agora â figura 12, um fluxograma ilustrando operações de exemplo 1200 para caracterizar automaticamente um eco contido em um sinal ultrassônico são mostrados. como discutido acima, um sinal ultrassônico pode ser gerado com um transdutor ultrassôníco. Após refletir de um refletor, dados correspondendo ao sinal ultrassôníco podem ser recebidos com o transdutor ultrassôníco. Opcionalmente, o transdutor ultrassôníco pode ser localizado em um furo cheio de fluido, e o sinal ultrassôníco pode ser refletido de uma formação. Opcionalmente, os dados correspondendo ao sinal ultrassôníco podem ser preprocessados, por exemplo, filtrados, para remover ou reduzir tendência e/ou ruído estranho. Os dados podem ser preprocessados de acordo com qualquer uma das técnicas descritas aqui. [00114] Deve ser reconhecido que as operações lógicas descritas aqui com relação às várias figuras podem ser implementadas (1) como uma sequencia de atos implementados em computador ou módulos de programa (isto é, software) que roda em um dispositivo de computação, (2) como circuitos de lógica de maquina interconectados ou módulos de circuito (isto ê, hardware) no. dispositivo de computação e/ou (3) uma combinação de software e hardware do dispositivo de computação. Desse modo, as operações lógicas discutidas aqui não são limitadas a nenhuma combinação específica de hardware e software. A implementação é uma questão de escolha dependente do desempenho e outras exigências do dispositivo de computação. Por conseguinte, as operações lógicas descritas aqui são mencionadas variavelmente como operações, dispositivos estruturais, atos ou módulos. Essas operações, dispositivos estruturais, atos e módulos podem ser implementados em software, em firmware, em lógica digital de propósito especial, e qualquer combinação dos mesmos. Deve ser também reconhecido que um número maior. ou menor de operações pode ser realizado do que mostrado nas figuras e descrito aqui. Essas operações também podem ser realizadas em uma ordem diferente do que aquelas descritas aqui. [00115] Opcionalmente, em 1202, um sinal ultrassônico pode ser preprocesado, por exemplo, filtrado para remover ou reduzir tendência e/ou ruído estranho, como discutido acima. Em 1204, uma razão de energia do sinal ultrassônico pode ser calculada e o eco contido no. sinal ultrassônico pode ser localizado utilizando a razão de energia. A razão de energia pode ser calculada e o eco pode ser localizado de acordo com quaisquer das técnicas discutidas aqui. Em 1206, uma porção do sinal ultrassônico pode ser enquadrado em torno do eco localizado. O • sinal ultrassônico pode ser enquadrado de acordo com quaisquer das técnicas discutidas aqui. Em 1208, uma FFT e um envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico podem ser calculados. A seguir, em.1210, os parâmetros de inversão inicial (por . exemplo, os vetores de parâmetro inicial, □ = ^2°i; ®í??]) podem ser estimados da FFT e envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico. Deve ser entendido que o número de iteração e número de eco podem ser inicialmente ajustados em 0 (por exemplo, k = 0 e m = 0) Em 1212, o modelo de eco paramétrico (por exemplo, o sinal ultrassônico esperado) para o m° eco pode ser computado com base no vetor de parâmetro atual CO e dados observados y (por | exemplo, o sinal ultras sônico) , por exemplo, de acordo com = ) + — iy — EfLi 5(¾}. A etapa 1212 pode ser referida como a Etapa de Expectativa. Em 1214, usando o modelo de eco paramétrico computado acima, ura novo vetor de parâmetro C®m+1) pode ser computado, por exemplo, como a estimativa de probabilidade máxima (MLE) para(0^). Por exemplo, o vetor de parâmetro novo pode ser determinado de acordo com θ^1 = argp rainllx^, — s{0m)||2. A etapa 1214 pode ser mencionada como a Etapa de maximização. Em outras palavras, a Etapa de Maximização corresponde ao MLE de um eco único com o modelo de eco paramétrico para o m° eco, por exemplo, x^. A seguir, na próxima Etapa de expectativa, o modelo de eco paramétrico para o sinal . seguinte ou o m° + l eco, por exemplo, χϊ^+·ι pode ser computado utilizando o vetor de parâmetro recentemente atualizado (θ^1) . Em 1216, um m + 1, e o processo retorna para a etapa 1212. Se SIM (por exemplo, m>M) , o processo continua para a etapa 1218, onde uma determinação é feita com relação a se a convergênc ia é obtida, por exemplo, ||0fe+1 — ek\\ < apreáeterriúnedtoierance . Em outras palavras, uma determinação é feita com relação a se uma alteração no vetor de parâmetro entre a iteração atual e anterior é menor do que uma tolerância predeterminada. Se SIM, o processo termina e a pluralidade de parâmetros de eco foi computada. Se NÃO, o processo continua para a etapa 1212, por exemplo, m ê ajustado em 1 e Jc é ajustado em k + 1. Por conseguinte, é possível iterar até que se obtenha o critério de convergência.Inversion After the main echo contained in the ultrasonic signal has been located and framed, it is possible to invert to a plurality of echo parameters. As discussed above, the Gauss-Newton process can be integrated into an expectation maximization algorithm (EM). The EM algorithm has a structure where at each step the expected signals are computed using the current parameter vector estimate and the observed data (eg the ultrasonic signal). Next, the corresponding parameter sets are computed using those expected signals. Alternatively, you can update the parameter vector after the maximization step (for example, step M). By doing so, the current parameter estimation is integrated in step-E to accelerate convergence. This alternative method is known as the space-alternating generalized EM (SAGE) algorithm. Compared to traditional EM algorithms, the SAGE algorithm has a faster convergence property. Referring now to Figure 12, a flowchart illustrating example operations 1200 for automatically characterizing an echo contained in an ultrasonic signal is shown. As discussed above, an ultrasonic signal can be generated with an ultrasonic transducer. After reflecting from a reflector, data corresponding to the ultrasonic signal can be received with the ultrasonic transducer. Optionally, the ultrasonic transducer may be located in a fluid-filled bore, and the ultrasonic signal may be reflected from a formation. Optionally, data corresponding to the ultrasonic signal may be preprocessed, e.g. filtered, to remove or reduce bias and / or extraneous noise. The data may be preprocessed according to any of the techniques described herein. It should be recognized that the logical operations described herein in relation to the various figures may be implemented (1) as a sequence of computer implemented acts or program modules (ie software) that runs on a computing device, ( 2) as interconnected machine logic circuits or circuit modules (i.e. hardware) no. computing device and / or (3) a combination of computing device software and hardware. Thus, the logical operations discussed here are not limited to any specific combination of hardware and software. Implementation is a matter of choice dependent on performance and other computing device requirements. Accordingly, the logical operations described herein are variably referred to as operations, structural devices, acts or modules. These operations, structural devices, acts, and modules may be implemented in software, firmware, special purpose digital logic, and any combination thereof. It should also be recognized that a larger number. or minor operations can be performed than shown in the figures and described herein. These operations can also be performed in a different order than those described here. Optionally, at 1202, an ultrasonic signal may be preprocessed, e.g. filtered to remove or reduce bias and / or extraneous noise, as discussed above. At 1204, an energy ratio of the ultrasonic signal can be calculated and the echo contained in. Ultrasonic signal can be located using the energy ratio. The energy ratio can be calculated and the echo can be located according to any of the techniques discussed here. At 1206, a portion of the ultrasonic signal may be framed around the localized echo. • The ultrasonic signal can be framed according to any of the techniques discussed here. At 1208, an FFT and a Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal can be calculated. Then, at.1210, the initial inversion parameters (eg, the initial parameter vectors, □ = ^ 2 ° i; ®i ??]) can be estimated from the FFT and Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal. . It should be understood that the iteration number and echo number can initially be set to 0 (for example, k = 0 to = 0). In 1212, the parametric echo model (for example, the expected ultrasonic signal) to the ° echo. can be computed based on the current parameter vector CO and observed data y (eg | the ultrasonic signal), for example according to =) + - iy - EfLi 5 (¾}. Step 1212 can be referred to In 1214, using the parametric echo model computed above, a new parameter vector C®m + 1) can be computed, for example, as the maximum probability estimate (MLE) for (0 ^) . For example, the new parameter vector can be determined according to θ ^ 1 = argp rainllx ^, - s {0m) || 2. Step 1214 can be referred to as the Maximization Step. In other words, the Maximization Step corresponds to the MLE of a single echo with the parametric echo model for m ° echo, for example, x ^. Next, in the next Expectation Step, the parametric echo model for the signal. following or the m ° + l echo, for example, χϊ ^ + · ι can be computed using the newly updated parameter vector (θ ^ 1). At 1216, one m + 1, and the process returns to step 1212. If YES (for example, m> M), the process continues to step 1218, where a determination is made as to whether convergence is obtained. , for example, || 0fe + 1 - ek \\ <appreeterriúnedtoierance. In other words, a determination is made as to whether a change in the parameter vector between the current and previous iteration is less than a predetermined tolerance. If YES, the process ends and the plurality of echo parameters has been computed. If NO, the process continues to step 1212, for example, m is set to 1 and Jc is set to k + 1. Therefore, it is possible to iterate until the convergence criterion is obtained.

Exemplos: Processo de parametrização em dados reais Dados reais (traço único) [00116] Para demonstrar o resultado do algoritmo de parametrização em um conj unto de dados de furo de mundo real adquirido no campo, dados de teste de poço foram utilizados. O conjunto de dados é compreendido de 1148 traços consistindo em 512 amostras cada em uma taxa de amostragem de 3 MHz. Uma amostra a partir desse conjunto de dados foi escolhida para ser parametrizada utilizando três ecos gaussianos (M = 3). As figuras 13A-13G ilustram os resultados de parametrização de eco ultrassônico utilizando três ecos gaussianos nos dados de furo de exemplo. A figura 13A é uma tabela que ilustra os parâmetros ótimos para cada dos ecos gaussianos obtidos pelo processo de inversão. A figura 13B é um gráfico que ilustra o sinal ultrassônico medido pelo transdutor ultrassônico disposto no furo. A figura 13C é um gráfico que ilustra o sinal ultrassônico reconstruído utilizando os ecos gaussianos. A figura 13D é um gráfico que ilustra a diferença entre os sinais ultrassônicos medidos e reconstruídos das figuras 13B e 13C, respectivamente. As figuras 13E-13G são gráficos que ilustram cada dos ecos gaussianos. Adicionalmente, a figura 14 é um gráfico que ilustra uma vista ampliada da parametrização mostrada na figura 13C, por exemplo, uma porção enquadrada do sinal ultrassônico.Examples: Real Data Parameterization Process Real Data (Single Trace) [00116] To demonstrate the result of the parameterization algorithm on a field-acquired real-world borehole data set, well test data were used. The data set is comprised of 1148 traces consisting of 512 samples each at a 3 MHz sampling rate. A sample from this data set was chosen to be parameterized using three Gaussian echoes (M = 3). Figures 13A-13G illustrate the results of ultrasonic echo parameterization using three Gaussian echoes in the sample bore data. Figure 13A is a table illustrating the optimal parameters for each of the Gaussian echoes obtained by the inversion process. Figure 13B is a graph illustrating the ultrasonic signal measured by the ultrasonic transducer disposed in the bore. Figure 13C is a graph illustrating the ultrasonic signal reconstructed using Gaussian echoes. Figure 13D is a graph illustrating the difference between the measured and reconstructed ultrasonic signals of figures 13B and 13C, respectively. Figures 13E-13G are graphs illustrating each of the Gaussian echoes. Additionally, Figure 14 is a graph illustrating an enlarged view of the parameterization shown in Figure 13C, for example, a framed portion of the ultrasonic signal.

Dados Reais (Múltiplos Traços) [00117] Para aplicar o processo de parametrização em um conjunto de dados de grande escala, o resto dos traços no conj unto de dados adquirido de furo foi submetido â parametrização para testar especificamente a robustez das funções de enquadramento e localização. No conjunto de dados de 1148 traços, 95% dos traços contêm uma primeira chegada de eco evidente. A figura 15A é um gráfico que ilustra um traço de exemplo contendo uma primeira chegada de eco evidente. Nos 5% restantes dos . traços, há um pulso de disparo evidente, entretanto, nenhum eco chega. A figura 153 é um gráfico que ilustra um traço de exemplo que não contém uma primeira chegada de eco evidente. Era 95% dos casos onde um primeiro eco é evidente, o algoritmo de parametrização localizado com sucesso, enquadrado e invertido para o primeiro eco (por exemplo, 2% de precisão de parametrização com aproximadamente 3Q iterações / 1 ms de tempo de processamento utilizando M = 3) . Nos casos onde nenhum eco . era evidente, o pulso de excitação foi enquadrado e parametrizado. A figura 16A é um gráfico que ilustra múltiplos sinais ultrassônicos medidos em um furo. A figura 16B é um gráfico que ilustra os ecos dos sinais ultrassônicos da figura 16A estimados pelo processo de parametrização. A figura 16C é um gráfico que ilustra as porções dos sinais ultrassônicos medidos da figura 16A após remover os ecos extraídos da figura 16B.Actual (Multiple Strokes) Data To apply the parameterization process to a large-scale data set, the rest of the strokes in the acquired hole data set were parameterized to specifically test the robustness of the framing functions and location. In the 1148 stroke data set, 95% of the strokes contain a clear first echo arrival. Figure 15A is a graph illustrating an example trace containing a first evident echo arrival. In the remaining 5% of. Traces, there is an obvious clock, however, no echoes arrive. Fig. 153 is a graph illustrating an example trace that does not contain an obvious first echo arrival. It was 95% of cases where a first echo is evident, the successfully localized parameterization algorithm framed and inverted for the first echo (eg 2% parameter accuracy with approximately 3Q iterations / 1 ms processing time using M = 3). In cases where no echo. It was evident that the arousal pulse was framed and parameterized. Figure 16A is a graph illustrating multiple ultrasonic signals measured in a hole. Figure 16B is a graph illustrating the echoes of the ultrasonic signals of figure 16A estimated by the parameterization process. Figure 16C is a graph illustrating the portions of the measured ultrasonic signals of Figure 16A after removing the extracted echoes from Figure 16B.

Extração de Eco de uma Linha de Base Ruidosa [00118] Para testar a eficácia do algoritmo na extração dos parâmetros de eco iniciais a partir da linha de base em um instantâneo, dados de . lab. de pulso-eco que tinham sido adquiridos com um refletor de alumínio em bquilíbrios variando de 6 mm a 45 mm foram utilizados. A figura 17A ê um gráfico que ilustra resposta de campo livre de transdutor ultrassônico. A figura 17B é um gráfico que ilustra as respostas de pulso-eco observadas de 6 mm a 45 mm. Como mostrado nas figuras 17A-17B, há um toque inerente do transdutor ultrassônico, que obscurece o eco que chega a níveis variáveis de gravidade à medida que o equilíbrio diminui. Para comparar a precisão da parametrização, a resposta de campo, livre verdadeiro do transdutor ultrassônico foi também registrada, que é mostrada na figura 17A. para verificação, a resposta de campo livre verdadeira pode ser subtraída do traço observado que é contaminado com a linha de base para obter o eco verdadeiro. O valor do tempo de chegada bem como da amplitude desse eco pode ser comparado com esse eco verdadeiro para medir quão precisamente o eco obscurecido é extraído. [00119] Com referência agora às figuras 18A-18F, gráficos que ilustram a decomposição de um sinal ultrassônico são mostrados. O sinal ultrassônico é registrado 8. mm longe do refletor. O sinal ultrassônico .tem a tendência removida (por exemplo, utilizando um encaixe linear de duas peças , acoplado e então parametrizado. Para ilustrar o resultado da parametrização, uma forma de onda registrada utilizando um refletor situado 8 mm distante do transdutor ultrassônico é utilizado. Nessa distância de refletor a linha de base de toque contamina significativamente o eco que chega. O obj etivo é extrair claramente o eco dessa linha de base. [00120] O traço é primeiramente pré-processado por remover a tendência exponencial, acoplado e parametrizado utilizando uma ordem de modelo de 3 (M = 3) . O sinal com tendência removida e controlada é mostrado na figura 18A. A figura 18B é um gráfico que ilustra a reconstrução paramétrica em comparação com o sinal com a tendência removida e controlada na figura 18A. Como mostrado na figura 18B, a parametrização aproxima do sinal com tendência removida e controlada bem, que também é indicado pela figura 18C ilustrando, diferença entre o sinal com tendência removida e controlada e a reconstrução paramétrica. Na região de interesse (por exemplo, a localização do pico principal e calha do eco que chega) , o erro é em torno de 1%. As figuras 18D-18F são gráficos que ilustram a composição da reconstrução. Dos três modelos que compõem a reconstrução, o primeiro modelo (n.° 1), é da amplitude mais elevada. Os dois ecos restantes (modelo n.° 2 e modelo n.° 3) são utilizados para representar a linha de base (visto que essa porção do sinal não é tão bem adequada ao modelo empírico Gaussiano como o eco oculto no mesmo). [00121] Uma vez que o primeiro modelo que compõe a parametrização é assumido como sendo o eco verdadeiro, ê desejável determinar quão tem compara com o eco efetivo. Para essa comparação, a linha de base, do sinal é removida por subtrair a resposta de campo livre medida do transdutor. As figuras 19A-19C são gráficos que ilustram a comparação entre um eco verdadeiro produzido por conduzir . uma parametrização utilizando uma ordem de modelo de 2 (M = 2) nos traços registrados por um transdutor ultrassônico em 10 mm, 20 mm e 30 mm de equilíbrio. O eco verdadeiro 1906 é determinado por subtrair a resposta de campo livre do transdutor ultrassônico a partir do eco observado.1902. O eco parametrízado ou modelo 1904 que apresenta a amplitude mais elevada é selecionado como o componente de eco. A partir dos sinais acopaldos originalmente observados, a dedução direta da amplitude .. e formato do eco oculto pode ser difícil, porém após extraçãc paramétrica, o eco verdadeiro pode ser claramente revelado. Como mostrado nas figuras 19A-19C, o eco parametrízado 1904 cobre bem com a resposta de eco verdadeira 1906. Em todos os casos, erro nos picos principais e calhas do eco não excede 5%, mesmo em quase standoffs (10 mm longe do refletor) onde são significativamente obscurecidos pela linha de base de toque.Echo Extraction from a Noisy Baseline [00118] To test the effectiveness of the algorithm in extracting the initial echo parameters from the baseline in a snapshot, data from. lab. Echo pulse echoes that had been purchased with an aluminum reflector on a balance ranging from 6 mm to 45 mm were used. Figure 17A is a graph illustrating free field response of ultrasonic transducer. Figure 17B is a graph illustrating the observed pulse echo responses from 6 mm to 45 mm. As shown in figures 17A-17B, there is an inherent touch of the ultrasonic transducer, which obscures the echo that reaches varying levels of severity as balance decreases. To compare the parameter accuracy, the true free field response of the ultrasonic transducer was also recorded, which is shown in figure 17A. For verification, the true free field response can be subtracted from the observed trace that is contaminated with the baseline to obtain the true echo. The value of the arrival time as well as the amplitude of this echo can be compared with this true echo to measure how precisely the obscured echo is extracted. Referring now to Figures 18A-18F, graphs illustrating the decomposition of an ultrasonic signal are shown. The ultrasonic signal is recorded 8. mm away from the reflector. The ultrasonic signal has the tendency removed (for example, using a two-piece linear coupling, coupled and then parameterized.) To illustrate the parameterization result, a waveform recorded using a reflector located 8 mm away from the ultrasonic transducer is used. At this reflector distance the touch baseline significantly contaminates the incoming echo.The objective is to clearly extract the echo from that baseline. [00120] The trace is first preprocessed by removing the exponential, coupled and parameterized trend using a model order of 3 (M = 3) .The removed and controlled trend signal is shown in Figure 18A. Figure 18B is a graph illustrating parametric reconstruction compared to the removed and controlled trend signal in Figure 18A. As shown in Figure 18B, the parameterization approximates the well-removed and well-controlled bias signal, which is also indicated by Figure 18C. In contrast, the difference between the removed and controlled bias signal and the parametric reconstruction. In the region of interest (for example, the location of the main peak and incoming echo rail), the error is around 1%. Figures 18D-18F are graphs illustrating the composition of the reconstruction. Of the three models that make up the reconstruction, the first model (No. 1) is of the highest amplitude. The remaining two echoes (model # 2 and model # 3) are used to represent the baseline (since this portion of the signal is not as well suited to the Gaussian empirical model as the hidden echo in it). Since the first model that makes up the parameterization is assumed to be the true echo, it is desirable to determine how much it compares to the effective echo. For this comparison, the baseline of the signal is removed by subtracting the measured free field response from the transducer. Figures 19A-19C are graphs illustrating the comparison between a true driving echo. a parameterization using a model order of 2 (M = 2) in the traces recorded by an ultrasonic transducer at 10 mm, 20 mm and 30 mm of equilibrium. True echo 1906 is determined by subtracting the free field response from the ultrasonic transducer from the observed echo.1902. The parameterized echo or model 1904 that has the highest amplitude is selected as the echo component. From the coupled signals originally observed, direct deduction of the amplitude and shape of the hidden echo may be difficult, but after parametric extraction the true echo can be clearly revealed. As shown in figures 19A-19C, the parameterized echo 1904 covers well with the true echo response 1906. In all cases, error in the main peaks and echo rails does not exceed 5%, even in near standoffs (10 mm away from reflector). ) where they are significantly obscured by the touch baseline.

Testes de imageamento [00122] Para demonstrar a eficácia do processo de parametrização em termos de parametrização de imageamento ê comparado com extração de parâmetro direta utilizando filtração.Imaging Tests To demonstrate the effectiveness of the parameterization process in terms of imaging parameterization is compared to direct parameter extraction using filtration.

[00123] Com referência agora â figura 20, um bloco‘de calcário 2000 (90 mm x 7 6 mm x 40 mm) utilizado em tesstes de imageamento de acordo com implementações - discutidas aqui é mostrado. Para o conjunto de dados, o bloco de calcário 2000 com seis fendas (2,5 mm x 28 mm) 2002 com espaçamento variável, por exemplo, 2 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm, e 12 mm como mostrado, foi imerso em água e varrido em um equilíbrio de 20 mm no plano horizontal paralelo à face do bloco. A varredura foi conduzida em incrementos de 1 mm cobrindo 119 mm x 95 mm (por exemplo, 11305 amostras). A frequência central do transdutor ultrassônico foi aproximadamente 375 MHz. [00124] O conjunto de dados foi processado em dois modos: primeiramente utilizando parametrização e em segundo lugar utilizando um método de f iltração onde os parâmetros são diretamente extraídos dos traços observados após a aplicação de um filtro de passagem de faixa centrado próximo à frequência central dos transdutores. Nos dois métodos, imagens foram produzidas utilizando cinco atributos principais do eco (por exemplo, tempo de deslocamento, amplitude, largura de banda (ou curvatura, no caso de filtração) , frequência central, e fase) . [00125] As figuras 21A-21B são os resultados de imageamento para filtração e parametrização, respectivamente. Como o transdutor ultrassônico é operado sob pressão ambiente, o acoplamento não é ótimo resultando em toque e amplitudes de eco que chegam relativamente pequenas. Ao contrário de filtração, a parametrização utiliza o sinal inteiro no acoplamento para estimar os parâmetros de eco que resulta em utilizar mais do sinal como suporte de tempo na formação da estimativa de parâmetro. Os méritos disso são evidentes em todos os cinco gráficos. Em geral, as imagens produzidas dos ecos caracteri zados através de parametrização podem resolver mais detalhe em comparação com filtração. Ao contrário de filtração, parametrização utiliza o sinal inteiro na janela para estimar os parâmetros de eco. Os méritos disso são evidentes em todos os cinco gráficos. As escalas de cor de todas as imagens foram mantidas iguais de modo que as imagens se j am exigidas com uma faixa dinâmica similar. [00126] Ao examinar a imagem produzida pelo tempo de deslocamento do eco, é evidente que o bloco não era exatamente paralelo ao transdutor ultrassônico durante a varredura. Utilizando parametrização p ara extrair o tempo de chegada, isso é claramente visível à medida que a cor gradualmente desvanece (indicando um aumento em tempo de deslocamento devido à inclinação). A imagem filtrada tem uma pequena gradação de cor, porém o detalhe das fendas não é tão perceptível. Em termos de amplitude, os resultados parecem similares, porém com parametrização a definição da fenda mais a esquerda é muito mais visível. Ao comparar as imagens geradas pela largura de banda (ou no caso de filtração, curvatura) , as regiões com as duas fendas estreitamente espaçadas mais à esquerda foram resolvidas com significativamente mais detalhe utilizando parametrização. De todos os atributos paramétricos, a frequência central é mais sensível a pequenas alterações na formação varrida como é evidenciado pelas duas fendas mais estreitamente espaçadas sendo resolvidas. Utilizando filtração, a imagem de frequência central é granulada e não tem algum contraste ao passo que utilizando o método paramétrico, os detalhes na imagem são mais acentuados (especialmente no contraste das fendas bem como revelando um pouco da textura superficial do bloco). Finalmente, imagens utilizando faseamento do eco que chega parecem similares, porém a imagem produzida por parametrização apresenta contraste superior. [00127] Embora a matéria tenha sido descrita em linguagem específica para características estruturais e/ou . atos metodológicos, deve ser entendido que a matéria definida nas reivindicações apensas não. é necessariamente limitada às características ou atos específicos descritos acima. Em vez disso, as características e atos específicos descritos acima são revelados como formas de exemplo de implementar a matéria reivindicada. - REIVINDICAÇÕES -Referring now to Figure 20, a limestone block 2000 (90mm x 76mm x 40mm) used in imaging tests according to implementations - discussed here is shown. For the dataset, the 2000 six-slot limestone block (2.5mm x 28mm) 2002 with variable spacing, for example 2mm, 5mm, 8mm, 10mm, and 12mm as shown, was immersed in water and swept in a 20 mm equilibrium in the horizontal plane parallel to the face of the block. The scan was conducted in 1 mm increments covering 119 mm x 95 mm (eg 11305 samples). The central frequency of the ultrasonic transducer was approximately 375 MHz. [00124] The data set was processed in two modes: first using parameterization and secondly using a filtering method where parameters are directly extracted from the traces observed after the application of a bandpass filter centered near the center frequency of the transducers. In both methods, images were produced using five main echo attributes (eg displacement time, amplitude, bandwidth (or curvature, in case of filtration), center frequency, and phase). Figures 21A-21B are the imaging results for filtration and parameterization, respectively. Because the ultrasonic transducer is operated under ambient pressure, coupling is not optimal resulting in relatively small touch and echo amplitudes. Unlike filtering, parameterization uses the integer signal in the coupling to estimate the echo parameters that results in using more of the signal as a time support in forming the parameter estimate. The merits of this are evident in all five graphs. In general, images produced from echoes characterized by parameterization can solve more detail compared to filtration. Unlike filtering, parameterization uses the entire signal in the window to estimate echo parameters. The merits of this are evident in all five graphs. The color scales of all images were kept equal so that the images were required with a similar dynamic range. When examining the image produced by the echo shift time, it is evident that the block was not exactly parallel to the ultrasonic transducer during the scan. Using parameterization to extract the arrival time, this is clearly visible as the color gradually fades (indicating an increase in travel time due to tilt). The filtered image has a slight color gradation, but the slit detail is not as noticeable. In terms of amplitude, the results look similar, but with parameterization the definition of the leftmost gap is much more visible. By comparing the images generated by bandwidth (or in the case of filtration, curvature), regions with the two closely spaced leftmost slots were resolved in significantly more detail using parameterization. Of all parametric attributes, the center frequency is more sensitive to small changes in swept formation as evidenced by the two most closely spaced slits being resolved. Using filtration, the center frequency image is grainy and has no contrast while using the parametric method, the details in the image are more pronounced (especially in the contrast of the cracks as well as revealing some of the surface texture of the block). Finally, images using incoming echo phasing look similar, but the image produced by parameterization has higher contrast. Although the subject has been described in language specific for structural and / or characteristics. methodological acts, it must be understood that the matter defined in the appended claims does not. is necessarily limited to the specific characteristics or acts described above. Instead, the specific features and acts described above are disclosed as exemplary ways of implementing the claimed subject matter. - CLAIMS -

Claims (20)

1. MÉTODO PARA CARACTERIZAR AUTOMATICAMENTE UM ECO CONTIDO EM UM SINAL ULTRAS SÔNICO, o sinal ultrassônico sendo gerado com um transdutor ultrassônico, o método caracterizado pelo fato de que compreende: a) receber dados correspondendo ao sinal ultrassônico com o transdutor ultrassônico, b) calcular uma razão de energia do sinal ultrassônico e localizar o eco contido no sinal ultrassônico utilizando a razão de energia; c) - enquadrar uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado; d) calcular uma Transformada Fourier Rápida (FFT) e um envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico; e) estimar M vetores de parâmetro de eco a partir da FFT e envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico, em que cada dos M vetores c.e parâmetro de eco compreende uma pluralidade de parâmetros de eco; f) calcular M modelos de eco paramétricôs com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco; e g) iterativamente minimizar uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e umk soma dos M modelos de eco paramétrico.1. METHOD FOR AUTOMATICALLY CHARACTERIZING AN ECO IN A ULTRASONIC SIGNAL, the ultrasonic signal being generated with an ultrasonic transducer, the method characterized by the fact that it comprises: a) receiving data corresponding to the ultrasonic signal with the ultrasonic transducer, b) calculating an energy ratio of the ultrasonic signal and locate the echo contained in the ultrasonic signal using the energy ratio; c) - frame a portion of the ultrasonic signal around the localized echo; d) calculating a Fast Fourier Transform (FFT) and a Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal; e) estimating M echo parameter vectors from the Hilbert FFT and envelope of the framed portion of the ultrasonic signal, wherein each of the M vectors c.e echo parameter comprises a plurality of echo parameters; f) calculate M parametric echo models based on each of the M echo parameter vectors; and g) iteratively minimize a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the M parametric echo models. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cálculo de uma razão de energia do sinal ultrassônico e da localização do eco contido no sinal ultrassônico utilizando a razão de energia compreende bl. calcular uma função de razão de energia do sinal ultrassônico, onde a função de razão de energia ê φψ-±±.Λ. \ /{i -f- a2Et0C ,), onde Ex ê energia em um dado ponto de dados, a i e a2 são fatores de ajuste de energia, L é um comprimento de janela, E{ é energia de sinal, fíÉ é energia de ruído e Et,otal é energia total; e b2 . identificar um valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico, em que o valor máximo corresponde a um local aproximado do eco contido no sinal ultrassônico.Method according to claim 1, characterized in that the calculation of an energy ratio of the ultrasonic signal and the location of the echo contained in the ultrasonic signal using the energy ratio comprises b1. calculate an energy ratio function of the ultrasonic signal, where the energy ratio function is φψ- ±. .Λ. where Ex is energy at a given data point, a and a2 are power adjustment factors, L is a window length, and E is signal energy, f is noise energy. and Et, otal is total energy; and b2. identify a maximum value of the ultrasonic signal energy ratio function, where the maximum value corresponds to an approximate echo location contained in the ultrasonic signal. 3. Método,, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o cálculo de uma função de razão de energia do sinal ultrassônico compreende b3. inverter os dados correspondendo ao sinal ultrassônico de cabeça para cauda para cauda para cabeça, b4, calcular a função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido; e b5. identificar um valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido, em que o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico corresponde a uma ruptura esquerda de um primeiro eco contido no sinal ultrassônico, e o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido corresponde a uma ruptura direita do primeiro eco contido no sinal ultrassônico.Method according to claim 2, characterized in that the calculation of an energy ratio function of the ultrasonic signal comprises b3. invert the data corresponding to the head-to-tail ultrasound signal, b4, calculate the inverse ultrasonic signal energy ratio function; and b5. identify a maximum value of the inverted ultrasonic signal energy ratio function, where the maximum value of the ultrasonic signal energy ratio function corresponds to a left rupture of a first echo contained in the ultrasonic signal, and the maximum value of the ultrasonic signal energy function The energy ratio of the inverted ultrasonic signal corresponds to a right rupture of the first echo contained in the ultrasonic signal. 4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o cálculo de uma função de razão de energia do sinal ultrassônico compreende: b3, apurar os dados correspondendo ao sinal ultrassônico, b4. calcular a função de razão de energia do sinal ultrassônico aparado; e b5 . identificar um valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico aparado, em que o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico corresponde a uma ruptura esquerda de um primeiro eco contido no sinal ultrassônico, e o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico aparado corresponde a uma ruptura esquerda de um segundo eco contido no sinal ultrassônico.Method according to claim 2, characterized in that the calculation of an energy ratio function of the ultrasonic signal comprises: b3, determining the data corresponding to the ultrasonic signal, b4. calculate the energy ratio function of the trimmed ultrasonic signal; and b5. identify a maximum value of the energy ratio function of the trimmed ultrasonic signal, wherein the maximum value of the energy ratio function of the ultrasonic signal corresponds to a left rupture of a first echo contained in the ultrasonic signal, and the maximum value of the The energy ratio of the trimmed ultrasonic signal corresponds to a left rupture of a second echo contained in the ultrasonic signal. 5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o comprimento de janela (L) é aproximadamente igual a s — , onde s ê um coeficiente de fc sintonização, fc é uma frequência central do sinal ultrassônico e fs é uma frequência de amostragem.Method according to claim 2, characterized in that the window length (L) is approximately equal to -, where s is a tuning coefficient, fc is a central frequency of the ultrasonic signal and fs is a sampling frequency. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que enquadrar uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado compreende aplicar um afilamento metade-Hanning a dados que correspondem a um ou mais lados do sinal ultrassônico fora da porção enquadrada do sinal ultrassônico.Method according to claim 1, characterized in that framing a portion of the ultrasonic signal around the localized echo comprises applying a half-Hanning taper to data corresponding to one or more sides of the ultrasonic signal outside the framed portion. of the ultrasonic signal. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que minimizar i terat ivamente uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos M modelos de eco paramétricôs compreende executar pelo menos uma de uma otimização Gauss-Newton (GN) , um algoritmo genético (GA) e uma abordagem meta-heurística de otimização evolucionária,A method according to claim 1, characterized in that by minimizing a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the M parametric echo models, it comprises at least one of a Gauss-Newton optimization ( GN), a genetic algorithm (GA) and a metaheuristic approach to evolutionary optimization, 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cálculo dos M modelos de eco paramétricôs compreende calcular M modelos de eco paramétrico com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco e a porção enquadrada do sinal ultrassônico e em que minimizar iterativamente uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos M modelos de eco paramétrico compreende h. determinar a pluralidade de parâmetros de eco para cada dos M vetores de parâmetro de eco com base em cada dos M modelos de eco paramétrico, i. atualizar os M vetores de parâmetro de eco, j . determinar se os M vetores de parâmetro de eco atualizados convergem com os M vetores de parâmetro de eco e k. se a convergência não for obtida, calcular M modelos de eco paramétrico com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco atualizados e a porção enquadrada do sinal ultrassônico e repetir as etapas (h)-(k).Method according to claim 1, characterized in that the calculation of the M parametric echo models comprises calculating M parametric echo models based on each of the M echo parameter vectors and the framed portion of the ultrasonic signal and wherein iteratively minimizing a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the M parametric echo models comprises h. determining the plurality of echo parameters for each of the M echo parameter vectors based on each of the M parametric echo models, i. update the M echo parameter vectors, j. determine if the updated M echo parameter vectors converge with the M echo parameter vectors and k. if convergence is not obtained, calculate M parametric echo models based on each of the updated M echo parameter vectors and the framed portion of the ultrasonic signal and repeat steps (h) - (k). 9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda filtrar os dados correspondendo ao sinal ultrassônico para remover pelo menos um componente de linha de base do sinal ultrassônico..A method according to claim 1, further comprising filtering the data corresponding to the ultrasonic signal to remove at least one baseline component of the ultrasonic signal. 10, Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de parâmetros de eco compreende pelo menos um de um - fator de largura de banda (a), um tempo de chegada ( τ) , uma frequência central (fc) , uma fase (φ), uma amplitude {β) e combinações dos mesmos.Method according to claim 1, characterized in that the plurality of echo parameters comprises at least one of a bandwidth factor (a), an arrival time (τ), a central frequency ( fc), a phase (φ), an amplitude (β) and combinations thereof. 11 . Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda gerar uma imagem utilizando a pluralidade de parâmetros de eco.11 Method according to claim 10, characterized in that it further comprises generating an image using the plurality of echo parameters. 12. SISTEMA PARA CARACTERIZAR AUTOMATICAMENTE UM ECO CONTIDO EM UM SINAL ULTRASSÔNICO, caracterizado pelo fato de que compreende: um transdutor ultrassônico configurado para gerar e receber um sinal ultrassônico e uma unidade de. controle compreendendo pelo menos um processador e uma memória, em que a unidade de controle é configurada para a. receber dados correspondendo ao sinal ultrassônico a partir do transdutor ultrassônico, b. calcular uma razão de energia do sinal ultrassônico e localizar’ um eco contido nc sinal ultrassônico utilizando a razão de energia; c. enquadrar uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado; d. calcular uma Transformada Fourier Rápida (FFT) e um envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico, e. estimar M parâmetros de . eco a partir da FFT e envelope Hilbert da porção enquadrada do sinal ultrassônico, em que cada dos M vetores d parâmetro de eco compreende uma pluralidade de parâmetros de eco, f. calcular M modelos de eco paramétricôs com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco e g. minimizar iterativamente uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma soma dos M modelos de eco paramétricôs.12. SYSTEM FOR AUTOMATICALLY CHARACTERIZING AN ECO CONTAINED IN AN ULTRASONIC SIGNAL, characterized by the fact that it comprises: an ultrasonic transducer configured to generate and receive an ultrasonic signal and a unit of. control unit comprising at least one processor and one memory, wherein the control unit is configured for. receive data corresponding to the ultrasonic signal from the ultrasonic transducer, b. calculating an energy ratio of the ultrasonic signal and locating an echo contained in the ultrasonic signal using the energy ratio; ç. frame a portion of the ultrasonic signal around the localized echo; d. calculate a Fast Fourier Transform (FFT) and a Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal, and. estimate M parameters of. echo from the FFT and Hilbert envelope of the framed portion of the ultrasonic signal, wherein each of the M echo parameter vectors comprises a plurality of echo parameters, f. calculate M parametric echo models based on each of the M echo parameter vectors and g. iteratively minimize a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the M parametric echo models. 13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle é configurada para calcular uma razão de energia do sinal ultrassônico e localizar um eco contido no sinal ultrassônico utilizando a razão de energia por: bl. calcular uma função de razão de energia do sinal ultrassônico, onde a função de razão de energia ê Ex = α-t ( 1 /,(i 4. a2 g t), onde Ex é energia em um dado ponto de dados, ax e a2 são fatores de ajuste de energia, L· ê um comprimento de janela, é energia de sinal, Sf=xx_i Et é energia de ruído e £cotal é energia total; e b2 . identificar um valor máximo dá. função de razão de energia do sinal ultrassônico, em que o valor máximo corresponde a um local aproximado do eco contido no sinal ultrassônico.System according to claim 12, characterized in that the control unit is configured to calculate an energy ratio of the ultrasonic signal and to locate an echo contained in the ultrasonic signal using the energy ratio of: bl. calculate an energy ratio function of the ultrasonic signal, where the energy ratio function is Ex = α-t (1 /, (i 4. a2 gt), where Ex is energy at a given data point, ax and a2 are power adjusting factors, L · is a window length, is signal energy, Sf = xx_i Et is noise energy and £ cotal is total energy, and b2 identify a maximum value gives the energy ratio function of ultrasonic signal, where the maximum value corresponds to an approximate location of the echo contained in the ultrasonic signal. 14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle é configurada para calcular uma função de razão de energia do sinal ultrassônico por b3. inverter os dados correspondendo ao sinal ultrassônico de cabeça para cauda para cauda para cabeça, b4. calcular a função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido; e b5. identificar um valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido, em que o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico corresponde a uma ruptura esquerda de um primeiro eco contido no sinal ultrassônico, e o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico invertido corresponde a uma ruptura direita do primeiro eco contido no sinal ultrassônico JSystem according to claim 13, characterized in that the control unit is configured to calculate an energy ratio function of the ultrasonic signal by b3. invert the data corresponding to the head-to-tail ultrasonic signal, b4. calculate the energy ratio function of the inverted ultrasonic signal; and b5. identify a maximum value of the inverted ultrasonic signal energy ratio function, where the maximum value of the ultrasonic signal energy ratio function corresponds to a left rupture of a first echo contained in the ultrasonic signal, and the maximum value of the ultrasonic signal energy function energy ratio of the inverted ultrasonic signal corresponds to a right rupture of the first echo contained in the ultrasonic signal J 15. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle é conf igurada para calcular uma função de razão de energia do sinal ultrassônico por b3. apurar os dados correspondendo ao sinal ultrassônico, b4. calcular a função de razão de energia do sinal ultrassônico aparado; e b5. identificar um valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico aparado, em que o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico corresponde a uma ruptura esquerda de um primeiro eco contido no sinal ultrassônico, e o valor máximo da função de razão de energia do sinal ultrassônico aparado corresponde a uma ruptura esquerda de um segundo eco contido no sinal ultrassônico.System according to claim 13, characterized in that the control unit is configured to calculate an energy ratio function of the ultrasonic signal by b3. ascertain the data corresponding to the ultrasonic signal, b4. calculate the energy ratio function of the trimmed ultrasonic signal; and b5. identify a maximum value of the energy ratio function of the trimmed ultrasonic signal, wherein the maximum value of the energy ratio function of the ultrasonic signal corresponds to a left rupture of a first echo contained in the ultrasonic signal, and the maximum value of the The energy ratio of the trimmed ultrasonic signal corresponds to a left rupture of a second echo contained in the ultrasonic signal. 16. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato ' de que a unidade de controle é configurada para enquadrar uma porção do sinal ultrassônico em torno do eco localizado compreende aplicar um afilamento metade-Hanning a dados que correspondem a um ou mais lados do sinal ultrassônico fora da porção enquadrada do sinal ultrassônico em torno do eco localizado.The system of claim 12, wherein the control unit is configured to frame a portion of the ultrasonic signal around the localized echo comprising applying a half-Hanning taper to data corresponding to one or more. sides of the ultrasonic signal outside the framed portion of the ultrasonic signal around the localized echo. 17. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle é conf igurada para minimizar iterativamente uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultrassônico e uma. soma dos M modelos de eco paramé tricôs por executar pelo menos uma de uma otimização Gauss-Newton (GN) , um algoritmo genético (GA) e uma abordagem meta-heurística de otimização evolucionãria.System according to claim 12, characterized in that the control unit is configured to iteratively minimize a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and one. sum of the M parametric echo models by performing at least one of a Gauss-Newton optimization (GN), a genetic algorithm (GA) and a metaheuristic approach to evolutionary optimization. 18. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle é configurada para calcular M modelos de eco paramétricôs por I calcular M modelos de eco paramétrico com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco e a porção enquadrada do sinal ultrassônico e em que a unidade de controle é configurada para minimizar iterativamente uma diferença entre a porção enquadrada do sinal ultras sônico e uma soma dos M modelos de eco paramétrico por h. determinar a pluralidade de parâmetros de eco para cada dos M vetores de parâmetro de eco com base em cada dos M modelos de eco paramétrico, i. atualizar os M vetores de parâmetro de eco, j . determinar se os M vetores de parâmetro de eco atualizados convergem com os M vetores de parâmetro de eco e k. se a convergência não for obtida, calcular M modelos de eco paramétrico com base em cada dos M vetores de parâmetro de eco atualizados e a porção enquadrada do sinal ultrassônico e repetir as etapas (h)~(k),System according to claim 12, characterized in that the control unit is configured to calculate M parametric echo models by calculating M parametric echo models based on each of the M echo parameter vectors and the framed portion of the ultrasonic signal and wherein the control unit is configured to iteratively minimize a difference between the framed portion of the ultrasonic signal and a sum of the M parametric echo models per h. determining the plurality of echo parameters for each of the M echo parameter vectors based on each of the M parametric echo models, i. update the M echo parameter vectors, j. determine if the updated M echo parameter vectors converge with the M echo parameter vectors and k. if convergence is not obtained, calculate M parametric echo models based on each of the updated M echo parameter vectors and the framed portion of the ultrasonic signal and repeat steps (h) ~ (k), 19. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de parâmetros de eco compreende pelo menos um de um fator de largura de banda (a), um tempo de chegada (τ) , uma frequência central (fc) , uma fase (<p) , uma amplitude í/3) e combinações dos mesmos.System according to claim 12, characterized in that the plurality of echo parameters comprises at least one of a bandwidth factor (a), an arrival time (τ), a central frequency (fc ), a phase (<p), an amplitude (3) and combinations thereof. 20. Sistema, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle é adicionalmente configurada para gerar uma imagem utilizando a pluralidade de parâmetros de eco.System according to claim 19, characterized in that the control unit is further configured to generate an image using the plurality of echo parameters.
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